توسعه نانوکامپوزیت سطحی al356/al2o3 با استفاده از فرایند اصطکاکی- اغتشاشی و ارزیابی رفتار تریبولوژیکی آن

در این پژوهش لایه های سطحی کامپوزیتی حاوی ذرات میکرو و نانومتری al2o3 با استفاده از فرایند اصطکاکی- اغتشاشی بر زیر لایه آلیاژ آلومینیوم a356 ایجاد گردید. بدین منظور در ابتدا ابزار مورد نیاز در این روش، طراحی و ساخته شد و پس از آن پارامترهای مختلف نظیر هندسه ابزار، سرعت پیشروی و سرعت دوران ابزار و تأثیر آن ها بر ریزساختار منطقه فرایند شده مورد بررسی قرار گرفت. پس از بررسی های انجام شده ترکیب پارامتری rpm1600=?، mm/min200=v و?2=? به عنوان شرایط بهینه فرایند برای ادامه تحقیق در نظر گرفته شد. در ادامه سعی شد تا ذرات تقویت کننده در قالب کامپوزیت از پیش تهیه شده به صورت غیر مستقیم به سیستم اضافه شود و از به هم چسبیدن ذرات تقویت کننده که موجب کاهش کارایی آن ها می شود جلوگیری گردد. بنابر این پس از تولید مقدار کافی پودر کامپوزیتی توسط فرایند آسیاب کاری، ذرات پودر با روش پاشش حرارتی hvof بر روی زیرلایه al356-t6 پاشیده شد. پس از ایجاد پوشش بر روی قطعات، فرایند اصطکاکی- اغتشاشی به گونه ای اعمال شد که کامپوزیت سطحی تا عمق 5 میلیمتری توسعه یابد. جهت بررسی ریزساختار حاصل از فرایند اصطکاکی– اغتشاشی، بررسی مورفولوژی و اندازه ذرات پودرهای مواد اولیه و محصولات تولیدی، ارزیابی ریزساختار پوشش و نانوکامپوزیت سطحی al356/al2o3 از میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی استفاده شد. آنالیز فازی پودر های اولیه و کامپوزیتی توسط الگو های پراش پرتو ایکس انجام گرفت. ارزیابی خواص نمونه های اولیه، فرایند شده و کامپوزیتی توسط سختی سنجی، آزمایش نانوایندنتور و آزمون سایش صورت پذیرفت. اعمال فرایند اصطکاکی- اغتشاشی بر روی آلیاژ al356، منجر به خرد شدن قابل ملاحظه تیغه های سوزنی شکل درشت سیلیسیم و دندریت های درشت اولیه آلومینیوم، بسته شدن تخلخل های ریختگی و توزیع یکنواخت ذرات ریز سیلیسیم با اندازه متوسط حدود 5 تا 10 میکرومتر و نسبت طول به عرض حدود 2، در زمینه آلومینیوم شد. خواص مکانیکی نمونه های کامپوزیت سطحی، در مقایسه با آلیاژ زیر لایه و نمونه فرایند شده به نحو چشمگیری توسعه یافت. افزایش خواص کامپوزیت های سطحی تقویت شده با ذرات نانومتری آلومینا بیشتر بود به گونه ای که سختی و مدول الاستیک نانوکامپوزیت تولیدی به ترتیب تا حدود 110 ویکرز و 86 گیگا پاسکال افزایش یافت. نتایج انجام آزمون سایش بر روی نمونه های مختلف، رفتار سایشی مناسب تر نمونه نانوکامپوزیتی را در مقایسه با نمونه های دیگر نشان داد به طوری که بعد از 500 متر لغزش کاهش جرم فلز پایه mg5/50، نمونه فرایند شده بدون ذرات تقویت کننده mg6/55، میکروکامپوزیت سطحی mg31 و نانوکامپوزیت سطحی mg2/17 بود. بررسی سطوح و ذرات سایش نمونه ها مکانیزم های سایش متفاوت را نشان داد.