توسعه کامپوزیت های نانوساختار al-al3v و al-(al3v-al2o3) برای کاربرد در دمای بالا

در این پژوهش کامپوزیت های نانوساختار زمینه آلومینیم حاوی تقویت کننده های al3v و al3v-al2o3 با کمک فرایند آلیاژسازی مکانیکی، پرس سرد و اکستروژن گرم با موفقیت ساخته شد و ساختار میکروسکوپی، پایداری حرارتی، خواص سایشی و خواص مکانیکی آن مورد ارزیابی قرار گرفت. بدین منظور ابتدا ذرات تقویت کننده al3v به دو روش مستقیم از عناصر سازنده و به صورت غیر مستقیم از احیاء مکانوشیمیایی اکسید وانادیم توسط آلومینیم با استفاده از فرایند آلیاژسازی مکانیکی تولید شد. جهت تهیه پودر کامپوزیتی زمینه آلومینیمی مخلوط پودرآلومینوم و پودر ذرات تقویت کننده تحت فرایند آسیاب کاری قرار گرفت. پودر کامپوزیت های حاصل از آلیاژسازی مکانیکی، با استفاده از فرآیند پرس سرد متراکم شده و قطعات حاصل تحت اکستروژن گرم قرار گرفت. به منظور شناسایی فازهای موجود در پودر قطعات تولید شده از پراش پرتوی ایکس(xrd) استفاده شد. مرفولوژی و ریزساختار ذرات پودر و نمونه های اکسترود شده با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی بررسی شد. از میکروسکوپ الکترونی عبوری (tem) جهت مطالعه ریز ساختار نمونه ها استفاده شد. خواص مکانیکی و خواص سایشی قطعات تولید شده در دمای محیط و دمای بالا مطالعه شد. همچنین رفتار خزشی نمونه ها در محدوده دمایی 250 تا 350 درجه سانتی گراد مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج آزمایشات نشان داد انجام آلیاژسازی مکانیکی پودرهای آلومینیم و وانادیم منجر به تولید ساختار آمورف شد. در ادامه با انجام عملیات حرارتی فاز آمورف به فاز کریستالی al3v استحاله یافت. سنتز تقویت کننده تری آلومیناید وانادیم از طریق انجام واکنش مکانوشیمیایی بین آلومینیم و اکسید وانادیم در حین آلیاژسازی مکانیکی صورت پذیرفت. پس از تهیه آلومیناید تک فاز al3v و مجموعه al3v-al2o3 به عنوان محصولات مرحله اول و دوم، ذرات پودری مذکور به پودر آلومینیم خالص افزوده شد و پس از آسیاب کاری به مدت زمان مناسب پودر نانوکامپوزیتی حاوی تک تقویت کننده (al3v) و دو تقویت کننده (al3v-al2o3) سنتز شد. سپس این پودر جهت ساخت قطعات بالک تحت پرس سرد و سپس اکستروژن گرم قرار گرفت. انجام آزمایش کشش نشان داد که قطعات اکسترود شده نانوکامپوزیتal-10wt.%al3v و al-10wt.%(al3v-al2o3) دارای استحکام کششی به ترتیب 209 و 226 مگاپاسکال در دمای محیط می باشند. خواص مکانیکی نانوکامپوزیت تولیدی در دمای بالا تا دمای 300 درجه سانتی گراد کاهش قابل توجهی نداشت. حضور ذرات تقویت کننده با انتقال بار از زمینه به تقویت کننده باعث حفظ استحکام دمای بالای کامپوزیت ها شد. در بررسی رفتار خزشی کامپوزیت های تولید شده مشاهده شد که توان تنش ظاهری که به شدت به دما و تنش وابسته است بزرگتر از 5 بدست آمد. همچنین انرژی فعال سازی ظاهری محاسبه شده بزرگتر از انرژی فعال سازی نفوذ خودی در آلومینیم بود. رفتار خزشی کامپوزیت ها همرا ه با تنش آستانه بود که با افزایش دما کاهش یافت. نتایج آزمون سایش نشان داد که لایه مخلوط شده مکانیکی تشکیل شده بر روی سطوح سایش نمونه های کامپوزیتی به دلیل سختی بالا که ناشی ازحضور اکسیدهای آهن وآلومینیم است باعث بهبود مقاومت سایشی نمونه های کامپوزیتی در مقایسه با نمونه آلومینیم خالص می شود. بررسی سطوح سایش نمونه های کامپوزتی در دمای بالا نیز تشکیل لایه مخلوط شده مکانیکی را تایید کرد. همچنین در مقایسه نرخ سایش نمونه های کامپوزیتی مشاهده شد که در دماهای مختلف و در تمامی بارهای اعمالی نرخ سایش نمونه حاوی ذرات تقویت کننده دوتایی (al3v و al2o3) بیشتر از نمونه حاوی تک تقویت کننده (al3v) است.