توسعه کامپوزیت های al-tib2 نانوساختار با روش آلیاژسازی مکانیکی، سینتر پلاسمایی جرقه ای و اکستروژن گرم

در این تحقیق برای اولین بار قطعات بالک کامپوزیت های al-tib2 نانوساختاربصورت درجا و با کمک چند فرایند متوالی شامل آلیاژسازی مکانیکی، سینتر پلاسمایی جرقه ای و اکستروژن گرم با موفقیت ساخته شد و ساختار میکروسکوپی، پایداری حرارتی و خواص مکانیکی آن در مراحل مختلف ساخت مورد ارزیابی قرار گرفت. بدین منظور ابتدا پودر نانوکامپوزیت al-tib2 حاوی 10 و 20 درصد وزنی tib2 به صورت درجا و با استفاده از فرایند آلیاژسازی مکانیکی دومرحله ای مخلوط پودر عناصر آلومینیم، تیتانیم و بور تولید شد. پودر کامپوزیت al-tib2 حاصل از آلیاژسازی مکانیکی، با استفاده از فرایند سینتر پلاسمایی جرقه ای متراکم شده و قطعات حاصل تحت اکستروژن گرم قرار گرفت. به منظور شناسایی فازهای موجود در پودر و قطعات حاصل از سینتر و اکستروژن، از پراش پرتو ایکس (xrd) استفاده شد. مرفولوژی و ریزساختار سطح مقطع ذرات پودر و نمونه ها پس از فرایندهای سینتر و اکستروژن با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem) بررسی شد و از میکروسکوپ الکترونی عبوری (tem) جهت مطالعه دقیق ریزساختار و بررسی اندازه دانه ها استفاده شد. پایداری حرارتی پودر آلیاژسازی مکانیکی شده توسط آنالیز حرارتی تفریقی (dsc) بررسی شد. پودر و قطعات سینتر شده تحت آزمایش سختی سنجی قرار گرفته و رفتار کششی قطعات اکسترود شده مطالعه شد. یافته های آزمایشی نشان داد که فرایند دومرحله ای آلیاژسازی مکانیکی منجر به تولید پودر نانوکامپوزیت al-tib2 با توزیع یکنواختی از ذرات فاز tib2 با اندازه متوسط nm 90 در زمینه آلومینیم با اندازه دانه nm15 می شود. پودر حاصل از پایداری فازی در دمای بالا برخوردار بوده و فاز ناخواسته ای مانند al3ti در پودر و قطعات متراکم مشاهده نشد. به علاوه اندازه ذرات tib2 پس از اکستروژن در محدوده m 2- nm10 می باشد که نسبت به پودر آلیاژسازی مکانیکی شده رشد قابل ملاحظه ای نداشته است. اندازه متوسط دانه های آلومینیم نیز پس از اکستروژن nm 35 بدست آمد که در مقایسه با اندازه دانه در پودر آلیاژسازی مکانیکی شده (nm 20) اولیه پایداری مناسبی نشان می دهد. بنابراین می توان نتیجه گرفت که وجود نانوذرات tib2 و همچنین بکارگیری فرایند سینتر پلاسمایی جرقه ای باعث حفظ ساختار نانوکریستالی کامپوزیت شده است. قطعات اکسترود شده نانوکامپوزیت al-20wt.%tib2 دارای سختی 180 ویکرز و استحکام تسلیم و کششی به ترتیب 480 و 540 مگاپاسکال می باشد که این مقادیر در مقایسه با سایر کامپوزیت های زمینه آلومینیم که با روش های دیگر ساخته شده اند بیشتر می باشد. به علاوه خواص مکانیکی نانوکامپوزیت حاصل در دمای بالا نیز تا دمای ℃300کاهش قابل توجهی نداشت و استحکام تسلیم و کششی آن در این دما به ترتیب 380 و 402 مگاپاسکال است. حتی در دماهای بالا نیز این کامپوزیت انعطاف پذیری پایینی (%6/1 در℃300) از خود نشان داد. بنظر می رسد حفظ خواص مکانیکی نانوکامپوزیت در دمای بالا بدلیل پایداری حرارتی و رشد اندک ذرات tib2 و حاکم بودن مکانیزم اوروان در افزایش استحکام می باشد. همچنین نتایج نشان داد که سختی، استحکام و انعطاف پذیری نانوکامپوزیت حاوی 10 و 20 درصد وزنی فاز tib2 تفاوت چندانی با هم ندارند. عدم وابستگی خواص مکانیکی به درصد در محدوده 10 و 20 درصد وزنی را می توان چنین توجیه نمود که افزایش مقدار استحکام دهنده در بیش از یک مقدار معین، منجر به افزایش تعداد ذرات درشت tib2 می شود. از آنجا که تنها ذرات نانومتری tib2(کوچکتر از nm 100) نقش موثری بر افزایش استحکام از طریق مکانیزم اوروان دارند، لذا افزایش درصد فاز tib2از 10 به 20 درصد تاثیر قابل ملاحظه ای بر استحکام ندارد.