ساخت نانو کامپوزیت ریختگی زمینه al با ذرات تقویت کننده هیبریدی al2o3/al3ni به روش درجا با استفاده از فرایند ریخته گری اغتشاشی

کامپوزیت های زمینه فلزی دسته ای از مواد پیشرفته مهندسی به شمار می روند که به دلیل خواص منحصر بفرد، کاربردهای گوناگونی در صنایع مختلف پیدا نموده اند. این مواد از یک زمینه فلزی و یک فاز تقویت کننده که معمولاً سرامیکی می باشد تشکیل می شوند. از بین فلزات صنعتی متداول، آلومینیم و آلیاژهای آن به دلیل ویژگی هایی همچون نسبت استحکام به وزن بالا و انعطاف پذیری مطلوب، بیشترین کاربرد را به عنوان زمینه کامپوزیت به خود اختصاص داده اند به گونه ای که امروزه کامپوزیت های زمینه آلومینیم با ذرات تقویت کننده متنوعی تولید می شوند. در این پژوهش نوعی کامپوزیت زمینه آلومینیم با ذرات تقویت کننده هیبریدی al2o3/al3ni از طریق فرایند درجا (in situ) در حالت مذاب به روش ریخته گری اغتشاشی تولید شد. به منظور انجام واکنش آ لومینوترمی و تولید ذرات تقویت کننده درجا در زمینه، پودر اکسید نیکل به وسیله گاز خنثی آرگون به مذاب آلومینیم تزریق شد. با استفاده از روابط ترمودینامیکی، دمای واکنش آلومینیم و اکسید نیکل و انرژی اکتیواسیون این واکنش تعیین شد. نتایج آنالیز حرارتی نشان داد که دمای شروع واکنش حدود 670 درجه سانتیگراد می باشد. پس از تزریق پودر به عمق مذاب و هم زدن آن به وسیله همزن مکانیکی به منظور انجام واکنش آلومینوترمی و همگن سازی ذرات تقویت کننده به وجود آمده در مذاب، دوغاب کامپوزیتی حاصل در درون یک قالب فلزی منجمد شد. وقوع واکنش درجا بین ذرات اکسید نیکل و آلومینیم باعث احیاء ذرات اکسید نیکل توسط آلومینیمو آزاد شدن نیکل و به دنبال آن اکسید شدن آلومینیم و تشکیل ذرات آلومینا در زمینه می شود که این ذرات به عنوان ذرات تقویت کننده عمل می کنند. از سوی دیگر نیکل احیاء شده با آلومینیم مذاب واکنش داده و ترکیب بین فلزی al3ni تشکیل می گردد که این فاز نیز نقش تقویت کننده در زمینه را ایفا می نماید. جهت مشخصه یابی نمونه های کامپوزیتی تولیدشده از میکروسکوپ نوری، میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem) و آنالیز ریزساختار به کمک تفرق اشعه ایکس (eds) استفاده شد. پس از بررسی ریزساختار نمونه ها معلوم گردید که ذرات آلومینا در اثر واکنش درجا در زمینه پراکنده شده اند. همچنین تشکیل ذرات تقویت کننده al3ni در مشاهدات میکروسکوپی کاملاً مشخص می باشد. همچنین انجام آزمایش در دمای بالاتر نشان داد که با افزایش دما قابلیت ترشوندگی ذرات توسط مذاب بهبود می یابد. کاهش اندازه ذرات نیز باعث بهبود خواص مکانیکی کامپوزیت حاصل می شود. بررسی خواص مکانیکی نمونه های کامپوزیتی نشان داد که برای تمامی شرایط، استحکام کششی و سختی نمونه های کامپوزیتی نسبت به آلومینیم خالص افزایش و درصد ازدیاد طول آنها کاهش یافت.