توسعه نانوکامپوزیت هیبریدی در سیستم سه تایی al-ni-o بر سطح آلیاژ منیزیم az31 طی فرایند اصطکاکی اغتشاشی و بررسی مکانیزم تشکیل آن

در این پژوهش، با استفاده از فرایند اصطکاکی اغتشاشی (fsp)، نانوکامپوزیت های سطحی بر پایه عناصر موجود در سیستم های آلیاژی mg-al/ni و mg-al/ni-o به صورت درجا بر سطح آلیاژ منیزیم az31 ایجاد و تحولات ریزساختاری، سختی، خواص مکانیکی و سایشی آن ها مورد ارزیابی و مقایسه قرار گرفت. بدین منظور ابتدا با ایجاد شیاری بر سطح آلیاژ منیزیم az31 و اعمال پودرهای نیکل و اکسید نیکل به درون شیار، فرایند اصطکاکی اغتشاشی انجام گرفت و سپس پارامترهای بهینه فرایند نظیر سرعت چرخشی و تعداد پاس های فرایند طی بررسی های ریزساختاری و سختی سنجی بدست آمد. نتایج بررسی های ریزساختاری بر روی نمونه های خام بدون ذرات تقویت کننده نشان داد که با افزایش تعداد پاس های فرایند، میانگین اندازه دانه فلز پایه از 25 میکرون به حدود 5/7 و 3 میکرون پس از یک و پنج پاس فرایند می رسد. همچنین بررسی های ریزساختاری برای نمونه نانوکامپوزیتی بر پایه mg-al/ni نشان داد که پس از یک پاس فرایند، توزیع غیریکنواختی از ذرات تقویت کننده در زمینه ایجاد شد، به گونه ای که در این شرایط ذرات نیکل، جوش سرد خورده و به صورت یک ذره بزرگ و کشیده در زمینه توزیع شده اند. با افزایش تعداد پاس های فرایند اصطکاکی اغتشاشی ذرات بزرگ نیکل ایجاد شده در پاس های قبلی به علت اغتشاش شدید حین فرایند خرد شده، به گونه ای که پس از پنج پاس فرایند توزیع کاملاً یکنواختی از ذرات تقویت کننده در زمینه مشاهده گردید. به منظور تعیین فازهای موجود در ساختار کامپوزیت حاصله از آنالیز پراش پرتو ایکس (xrd) و طیف سنج اشعه ایکس (eds) استفاده شد. بررسی ها نشان دادند که در آغاز فرایند اصطکاکی اغتشاشی (پاس اول)، ترکیبات mg2ni و al3ni2 اولین فازهای تشکیل شده از واکنش درجا میان عناصر موجود در سیستم آلیاژی mg-al/ni بود. با اعمال پاس های بعدی فرایند بر روی نمونه ها، از مقدار ترکیبات ایجاد شده در آغاز فرایند کاسته شده و ترکیبات بین فلزی alni و mgni2 جایگزین آن ها شدند. از طرف دیگر نتایج بررسی های ریزساختاری پیرامون نانوکامپوزیت سطحی ایجاد شده در سیستم آلیاژی mg-al/nio نشان داد که پس از سه پاس فرایند، توزیع کاملاً یکنواختی از تقویت کننده ها در زمینه ایجاد شد. همچنین بررسی های پراش پرتو ایکس بر روی این نمونه ها نشان داد که از همان آغاز فرایند، احیای اکسید نیکل توسط منیزیم زمینه انجام شده و اکسید منیزیم و نیکل فلزی در زمینه ایجاد شده است. در ادامه اتم های نیکل فلزی با آلومینیوم موجود در زمینه به دلیل نیروی محرکه ترمودینامیکی بالاتر نسبت به منیزیم واکنش داده و ترکیبات بین فلزی بر پایه al-ni در زمینه تشکیل گردید. نتایج اندازه گیری سختی بر روی نمونه های فلز پایه، نانوکامپوزیت های سطحی بر پایه mg-al/ni پس از پنج پاس و mg-al/nio پس از سه پاس به ترتیب، 56، 106 و 140 ویکرز بدست آمد. نتایج آزمون کشش نشان داد که استحکام کشش نهایی از مقدار 223 مگا پاسکال برای فلز پایه به حدود 320 مگا پاسکال برای نانوکامپوزیت سطحی بر پایه mg-al/nio افزایش یافت. بررسی نتایج سایش گویای رفتار سایشی مناسب تر نمونه نانوکامپوزیتی در مقایسه با فلز پایه است.