ایجاد لایه سطحی نانو کامپوزیت al/aln بر آلومینیوم با استفاده از فرایند همزن اصطکاکی

چکیده لایه های سطحی کامپوزیتی بر زیر لایه آلیاژ آلومینیمی aa6061 به کمک روش همزن اصطکاکی و با افزودن پودر در مقیاس نانومتری aln (با میانگین اندازه nm 60) به ناحیه خمیری شده سطحی از طریق شیار تعبیه شده در راستای حرکت طولی ابزار، ایجاد شد. به این منظور متغیرهای فرایند همزن اصطکاکی چون سرعت چرخش ابزار، سرعت پیشروی زیر لایه و تعداد پاس های عبوری تنظیم شدند تا لایه سطحی نانو کامپوزیت al/aln با ریز ساختار سخت و مقاوم به سایش ایجاد شود. به طور کلی فرایند همزن اصطکاکی، موجب ریز شدن دانه های زمینه آلومینیمی لایه ها شد. همچنین با ورود ذرات aln، لایه های سطحی کامپوزیت al/aln بر زیر لایه، ایجاد شد. بررسی های میکروسکوپی الکترونی روبشی نشان داد که ذرات در مقیاس نانومتری aln به صورت انباشته و غیر یکنواخت در لایه ها، ظاهر می شوند. افزایش میزان سرعت چرخشی ابزار موجب توزیع بهتر و جدا شدن ذرات انباشته، شد. با به کارگیری تعداد پاس های عبوری بیشتر، میزان جدایش انباشتگی ها بهتر شد، به قسمی که بعد از چهار پاس فرایند در سرعت چرخشی ابزار rpm 1120 و سرعت پیشروی قطعه کار mm/s 63 و عمق شیار mm 2، توزیع نانومتری ذرات به صورت یکنواخت در لایه نانوکامپوزیت سطحی al/aln، ممکن شد. همچنین توزیع یکنواخت و نانومتری ذرات، موجب ریز شدن دانه های زمینه آلومینیمی لایه نانو کامپوزیتی، شد. آزمون های سختی سنجی و سایش لایه های سطحی ایجاد شده، دلالت بر بهبود خواص مکانیکی آنها نسبت به زیر لایه آلومینیمی داشت. سختی سنجی لایه های سطحی نشان داد که بیشینه سختی مربوط به لایه نانوکامپوزیت سطحی al/aln ایجاد شده بعد از چهار پاس فرایند در سرعت چرخشی ابزار rpm 1120 و سرعت پیشروی قطعه کار mm/s 63، به میزان حدود hv 96 بود. این مقدار در حدود بیش از دو و نیم برابر سختی زیرلایه آلیاژ آلومینیمی است. حضور یکنواخت ذرات سخت aln و ریز شدن دانه های زمینه آلومینیمی در اثر تبلور مجدد دینامیکی ناشی از تغییر شکل شدید ماده حین چرخش و عبور ابزار به افزایش میزان سختی لایه ها، کاهش ضریب اصطکاک و کم شدن کاهش وزن آنها حین سایش تا حدود نصف کاهش وزن زیرلایه، منجر شدند.