ساخت کامپوزیت ریختگی آلومینیوم-آلومینای ذره ای درجا از طریق واکنش های آلومینوترمی مخلوط چندگانه پودرها

چکیده از میان انواع کامپوزیت های زمینه فلزی می توان به کامپوزیت های زمینه آلومینیومی اشاره نمود که به دلیل خواصی همچون استحکام ویژه بالا، مقاومت به سایش خوب، ضریب انبساط حرارتی پایین و مقاومت به اکسیداسیون بالا، کاربرد زیادی را در صنعت خودروسازی، صنایع نظامی و صنایع هوا فضا پیدا کرده اند. روش درجا (in situ) یکی از روش های جدید ساخت کامپوزیت های زمینه آلومینیومی است که در آن فاز تقویت کننده داخل زمینه تولید می شود و در حقیقت فاز تقویت کننده از طریق انجام واکنش های شیمیایی بین عناصر یا بین عناصر و ترکیب های دیگر درون فاز زمینه ایجاد می شود. بنابراین، فاز تقویت کننده با ابعاد ریز و توزیع یکنواختی در زمینه پراکنده می شود. مزیت عمده روش درجا، ترشوندگی مناسب ذرات تقویت کننده توسط مذاب می باشد. در این پژوهش برای تولید کامپوزیت al-al2o3 به روش درجا، از پودر اکسید مس و اکسید روی به عنوان مواد افزودنی به مذاب آلومینیوم خالص استفاده شد. بدین منظور، مخلوط پودری آلومینیوم و اکسید روی پس از فعال سازی مکانیکی، با اکسید مس ترکیب و به مذاب آلومینیوم تزریق گردید. پس از تزریق پودر فعال به عمق مذاب، دوغاب کامپوزیتی حاصل تحت فشار در یک سیستم ریخته گری کوبشی منجمد شد. با واکنش بین این اکسیدها با مذاب، علاوه بر ذرات آلومینا، عناصر مس و روی نیز تولید شدند که حل شدن آنها در مذاب آلومینیوم باعث آلیاژی شدن زمینه گردید. به منظور بررسی دمای شروع واکنش های آلومینوترمیک آکسید روی و اکسید مس در نمونه های پودری فعال شده و همچنین نمونه های مخلوط چندگانه و مقایسه آنها با نمونه های فعال نشده، از روش آنالیز حرارتی دیفرانسیلی استفاده شد. مشاهده شد که با انجام عملیات فعال سازی و همچنین استفاده از مخلوط پودری چندگانه ، دمای واکنش های آلومینوترمیک اکسید روی و اکسید مس بطور چشمگیری کاهش یافت. پارامترهای موثر در روش ریخته گری نمونه های کامپوزیتی با استفاده از نتایج آنالیز فازی سرباره و آنالیز عنصری نمونه های اولیه تولید شده بررسی شدند. برای ارزیابی اندازه و توزیع ذرات آلومینا در نمونه کامپوزیت تولید شده از تصاویر میکروسکوپ الکترونی استفاده شد. مشاهده این تصاویر نشان داد که ذرات آلومینای حاصل از واکنش آلومینیوم با مخلوط چندگانه پودری اکسید روی- اکسید مس در مقایسه با ذرات مشابه حاصل از واکنش آلومینیوم با اکسید روی، بزرگتر و از توزیع بهتری در زمینه برخوردار هستند. برای ارزیابی خواص مکانیکی نمونه های کامپوزیت تولیدی، متناظر با هر نمونه یک نمونه غیرکامپوزیتی با ترکیب شیمیایی یکسان تولید و آزمایش های سختی، فشار وکشش در دمای محیط بر روی نمونه ها انجام شد. خواص مکانیکی نمونه های کامپوزیتی با نمونه غیر کامپوزیتی متناظر آن مقایسه و نتایج نشان داد برای تمامی شرایط استحکام فشاری و کششی و سختی نمونه کامپوزیتی افزایش و درصد افزایش طول کاهش یافت. واژگان کلیدی : کامپوزیت زمینه فلزی، روش درجا، واکنش آلومینیوترمیک، ریخته گری کوبشی، ریزساختار