اتصال نانوکامپوزیت al /al2o3 به روش فاز مایع گذرا

امروزه کامپوزیت های زمینه آلومینیومی به دلیل دارا بودن خواص مطلوبی از قبیل نسبت استحکام به وزن بالا، چگالی کم، سختی زیاد و مقاومت سایشی مناسب در صنایعی چون هوافضا، خودروسازی، الکترونیک و به طور کلی در صنایعی که به نوعی نیاز به مواد سبک و در عین حال مستحکم دارند، به طور وسیعی کاربرد یافته اند. این خواص مطلوب در کامپوزیت های با ساختار نانو بسیار چشمگیرتر و شاخص-تر است. یکی از چالش های استفاده از این مواد، اتصال آن ها می باشد که به دلیل عدم اطلاع کافی از آن، کاربرد این قطعات را محدود کرده است. از طرفی با توجه به کاربرد بالقوه ی این نوع نانوکامپوزیت‎ها و عدم اطلاعات کافی در مورد نحوه‎ی اتصال آن‎ها، می‎توان اظهار نمود که بررسی اتصال این مواد، زمینه‎ی جدیدی به شمار می‎آید که می‎تواند در به فعلیت رساندن کاربرد آن ها و استفاده‎ی بهینه از این مواد راه‎گشا باشد. در تحقیق حاضر فرایند اتصال نانوکامپوزیت زمینه آلومینیومی تقویت شده با ذرات نانومتری آلومینا، به روش فاز مایع گذرا مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفته است و تأثیر پارامترهای دما و زمان بر روی خواص اتصال بررسی شده است. برای این منظور ابتدا پودر نانو کامپوزیت al /10 wt.% al2o3 با استفاده از فرایند آسیاب کاری مکانیکی تولید و پس از فرایند پرس گرم پودر حاصله، قطعات حجمی نانو کاموزیتی بدست آمد. در ادامه با لایه نشانی فلز مس به عنوان لایه واسطه، اتصال این قطعات به روش فاز مایع گذرا، در شرایط متفاوت دمایی و زمانی مورد بررسی قرار گرفت. به منظور بررسی های ریز ساختاری پودر نانو کامپوزیت، قطعات نانو کامپوزیت و درز اتصال در شرایط مختلف اتصالی، از میکروسکوپ نوری استفاده شد. بررسی مورفولوژی ذرات پودر و ریز ساختار قطعات نانو کامپوزیت، همچنین سطوح شکست اتصال ها توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی انجام گردید. جهت بررسی اندازه دانه های آلومینیوم زمینه در پودر نانو کامپوزیت و قطعات نانو کامپوزیت پس از پرس گرم، از الگوی پراش پرتو ایکس استفاده شد. استحکام برشی اتصال ها، توسط دستگاه تست فشار و با استفاده از فیکسچر مخصوصی صورت پذیرفت. در نهایت به منظور بررسی تغییرات سختی در حوالی درز اتصال، ریز سختی سنجی در اطراف تمام درز اتصال ها انجام گرفت. نتایج نشان داد که پودر نانو کامپوزیت حاصله اندازه دانه هایی در حدود 52 نانو متر دارد که در حین عملیات پرس گرم، نیز این اندازه ی دانه ثابت مانده و رشد دانه ها صورت نگرفته است. در حوالی درز تمام اتصال ها، تخلخل ها و میکرو ترک هایی دیده شد که اکثراً با جامد –al? پرشده اند و در درون آن ها ذرات پراکنده و ریز cual2 قابل مشاهده است. با افزایش دمای اتصال، به دلیل افزایش حجم مذاب ایجاد شده در درز، سطح وسیع تری از درز اتصال و تخلخل ها توسط مذاب خیس شده و یا از مذاب پر می گردد، از طرفی ریزساختار اتصال های انجام شده در دماهای بالاتر حاوی ذرات کمتری از cual2 نسبت به ریزساختار اتصال های انجام شده در دماهای پایین تر می باشد که همین عامل نیز موجب کاهش سختی فاز al- ? با افزایش دمای اتصال شده است. در دمای اتصال 580 درجه ی سانتی گراد، با افزایش زمان اتصال استحکام اتصال ها افزایش می یابد طوری که حداکثر استحکام برشی در همین دما و زمان اتصال 60 دقیقه و در حدود 85 در صد استحکام برشی فلز پایه بدست آمده است. افزایش سطح تماس واقعی مذاب با فلز پایه ( به خاطر تخلخل ها) و بالا بودن ضریب نفوذ مس در فلز پایه ی نانو ساختار، عوامل اصلی پایین بودن زمان لازم برای انجماد هم دما، در این نانو کامپوزیت در مقایسه با دیگر کامپوزیت های زمینه آلومینیومی بوده است. در تمامی سطوح شکست بررسی شده، دیمپل های برشی مشهود است که بعضاً در انتهای آن هاتخلخل ها و ذرات رسوبی cual2 دیده می شود. در دماهای اتصال پایین با افزایش زمان، استحکام اتصالات افزایش یافته ولی در دماهای اتصال بالاتر که انجماد هم دما کامل شده افزایش زمان موجب کاهش مقدار مس و بنابراین کاهش ذرات رسوبی cual2 در زمینه ی نرم -al? شده و در نتیجه استحکام اتصال ها کاهش می یابد. کلمات کلیدی: کامپوزیت های زمینه آلومینیومی، نانو کامپوزیت، آسیاب کاری مکانیکی، فاز مایع گذرا، لایه واسطه، پرس گرم، ریز ساختار، نانو ساختار، انجماد هم دما.