تولید نانوکامپوزیت پایه مس با ذرات تقویتی al2o3 به روش فرآوری اصطکاکی اغتشاشی و بررسی مکانیک شکست آن

فرآیند اصطکاکی اغتشاشی ,(friction stir processing) fsp یک تکنولوژی جدید مهندسی سطوح است که به وسیله آن می¬توان عیوب ریخته گری را حذف کرد و میکروساختار فلز را بهبود بخشید؛ در نتیجه سختی و داکتیلیته فلز بهبود می¬یابد و مقاوت خستگی و مقاومت خوردگی فلز افزایش داده شده و باعث افزایش قابلیت شکل پذیری و بهبود دیگر خواص فلز می¬شود. علاوه بر این، از این روش برای همگن سازی ساختار فلزی، تصحیح میکروساختار و افزایش خواص مکانیکی استفاده می¬شود. فرآیند اصطکاکی اغتشاشی، فرایند حالت جامد جدیدی است که در آن از یک ابزار دوپله برای اصلاح خواص سطح استفاده می-شود. در روش fsp از یک متد مشابه جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی (friction stir welding) fsw استفاده شده، ولی فرآیند fsp به منظور اصلاح موضعی میکروساختار، نه به عنوان اتصال مواد به یکدیگر استفاده می¬شود. به علاوه توسط روش fsp می¬توان سطوح کامپوزیتی ایجاد نمود. امروزه فرآیند اصطکاکی اغتشاشی به عنوان روشی برای اصلاح میکروساختار و تشکیل کامپوزیت های فلزی مطرح است. هدف از انجام این پژوهش رسیدن به کامپوزیت فلزی پایه مس بوسیله پودر ذرات نانو al_2 o_3 با اندازه متوسط 80 نانومتر و با درصد وزنی 16% در فلز پایه به روش اصطکاکی اغتشاشی و بررسی خواص مکانیکی و مکانیک شکست و مقایسه آن با نمونه مس تولید شده به همین روش ولی بدون استفاده از پودر می¬باشد. ابتدا شرایط برای دستیابی به کامپوزیت فلزی فراهم گردید که آزمایشات تجربی در دورهای ابزار 950، 1180 و 1500 دور بر دقیقه، سرعت پیشروی 5/37، 5/47 و 60 میلیمتر بر دقیقه و تعداد پاس های تک پاسه، دو پاسه و چهار پاسه انجام شدند. سپس مجموعه ای از مطالعات میکروسکوپی و ماکروسکوپی روی کامپوزیت حاصله انجام شده و نتایج دسته بندی شده است، تا کامپوزیتی با توزیع ذرات مناسب و با کیفیت بالا تولید گردد. خصوصیات مکانیکی اعم از تنش تسلیم، تنش نهایی و سختی اندازه گیری شد. تمامی این مراحل یکبار همراه با پودر و یکبار بدون استفاده از نانو پودر انجام گردید. در نهایت پس از انجام مطالعات تجربی مقادیر بهینه برای تنظیم پارامترهای فرآیند و سایر پارامترها برای رسیدن به کیفیت مطلوب بدست آمده است. در مرحله بعد آزمایشاتی برای مطالعه مکانیک شکست کامپوزیت ها طبق استاندارد astm e399-83 به روش compact انجام گردید. برای این آزمایش نمونه ها بعد از آماده سازی توسط دستگاه فرز، با دستگاه وایرکات شکافی در نمونه ها ایجاد شد. سپس فیکسچر مکانیک شکست طراحی و ساخته شد. برای تست قطعات از دستگاه zwick/z010 موجود در آزمایشگاه مقاومت مصالح دانشگاه تبریز استفاده گردید. بعد از انجام تست با توجه به مقادیر بدست آمده برای kic مکانیک شکست هر یک از نمونه¬ها بدست آمد. نتایج آزمایشات نشان داد که در شرایط بهینه می¬توان نانو کامپوزیتی با توزیع ذرات همگن و یکنواخت و بدون عیوب متداول در فرآیند و با خواص مکانیکی بالاتر نسبت به فلز پایه و اندازه ریز تولید کرد. علاوه بر این می¬توان استحکام و سختی نانو کامپوزیت را نسبت به فلز پایه افزایش داد. با بررسی اثر سرعت دورانی و تعداد پاس ها، نتایج ریز ساختاری بیانگر اثر مطلوب افزایش سرعت و تعداد پاس¬ها بر یکنواختی توزیع پودر در ناحیه اغتشاشی و بالتبع آن افزایش استحکام می¬باشد.