ساخت قطعات نانوکامپوزیتی al-al2o3 به روش آسیاب کاری مکانیکی و پرس گرم و بررسی اتصال نامتجانس آن ها توسط جوشکاری اصطکاکی

امروزه کامپوزیت‎های زمینه آلومینیمی تقویت شده با ذرات سرامیکی، به عنوان دسته‎ای از انواع مواد پیشرفته، کاربرد وسیعی در صنعت پیدا کرده‎اند. اتصال کامپوزیت های زمینه آلومینیمی با روش ها ی گوناگونی مبتنی بر جوشکاری ذوبی و جوشکاری حالت جامد انجام می گیرد. در این میان جوشکاری اصطکاکی، به عنوان یکی از روش های جوشکاری حالت جامد، نسبت به روش های ذوبی مزایای عمده ای چون حرارت ورودی کمتر، تنش های پیچشی و حرارتی پایین تر و عدم تشکیل ریزساختارهای نامطلوب حاصل از انجماد دارد. در این پژوهش ابتدا به وسیله ی آسیاب کاری مکانیکی پودرهای نانوکامپوزیتی زمینه آلومینیمی با مقادیر 5، 10 و 15 درصد وزنی نانو ذرات 3o2al تولید شد. سپس با استفاده فرآیند پرس گرم از پودرهای مذکور قطعات بالک تهیه گردید (در ابعاد mm 12×12×42). در نهایت قطعات بالک تولیدی با ثابت در نظر گرفتن متغیر های جوشکاری به طور نامتجانس به آلومینیم 2014 متصل شد. نتایج نشان می دهد پس از 5 ساعت آسیاب کاری اندازه دانه ها به حدود 75 نانومتر رسیده و پس از پرس گرم نیز ثابت می ماند. همچنین درحالی که سختی با افزایش مقدار تقویت کننده افزایش می یابد، دانسیته و استحکام خمشی روندی نزولی دارند. در ضمن مکانیزم شکست در مورد نانوکامپوزیت های تولیدی شکست ترد از بین ذرات پرس شده ی پودر برآورد می شود. بررسی های ریزساختاری در مورد جوشکاری اصطکاکی نامتجانس نانوکامپوزیت های تولیدی به آلومینیم 2014، وجود یک ناحیه ی کاملاً تغییر فرم یافته (zpl) در مرز اتصال و یک ناحیه ی نسبتاً تغییر فرم یافته (zpd)را در نواحی دورتر از خط اتصال در هر دو سمت جوش نشان می دهد. تغییر فرم پلاستیکی، مخلوط شدن مکانیکی و دمای بالا در مجاورت خط اتصال سبب یکنواختی ناحیه ی zpl در سمت نانوکامپوزیتی شده و اثری از مرزهای بین پودری و ساختار لایه ای ناشی از آسیاب کاری در این ناحیه به چشم نمی خورد. با افزایش مقدار تقویت کننده در سمت نانوکامپوزیتی گرچه حرارت تولیدی افزایش می یابد، اما به علت تغییر فرم پلاستیکی وسیع در نانوکامپوزیت 5 درصد وزنی، مقدار فرو رفتگی محوری و پهنای ناحیه ی zpl در این سیستم بیشترین مقدار را دارند. در تمام موارد، سختی موضع جوش در سمت نانوکامپوزیتی و سمت آلومینیم 2014 نسبت به فلز پایه کاهش یافته است، اما لازم به ذکر است در سمت آلومینیم 2014 سختی در مرز اتصال کمترین مقدار خود را ندارد. در حالی که با افزایش مقدار تقویت کننده در سمت نانوکامپوزیتی استحکام خمشی به شدت کاهش می یابد، مکانیزم شکست در تمام موارد شکست ترد با مورفولوژی رخ برگی بوده و ترک درون سمت نانوکامپوزیتی گسترش یافته است. نتایج در مورد جوشکاری اصطکاکی متجانس نانوکامپوزیت 5 درصد وزنی نشان می دهد با افزایش فشار های اصطکاکی و فورجی و نیز افزایش سرعت دوران، فرو رفتگی محوری و پهنای ناحیه ی zpl افزایش می یابد. در ضمن مطالعه ی ناحیه ی zpl این سیستم به وسیله ی میکروسکوپ الکترونی عبوری، ضمن تأیید یکنواختی توزیع نانو ذرات، نشان می دهد احتمالاٌ به دلیل تشکیل دانه های حاصل از تبلور مجدد، ساختار نانومتری در این ناحیه از بین رفته است.