نشریه علمی پژوهشی مواد پیشرفته در مهندسی

هدف از انجام این پژوهش، بررسی تأثیر ذرات تقویت کننده سه جزئی Al_۲O_۳-TiB_۲/Fe بر خواص مکانیکی کامپوزیت‌های زمینه آلومینیم می‌باشد. در این راستا ذرات تقویت کننده مورد بررسی با انجام واکنش‌های مربوطه طی فرایند آسیاکاری و عملیات حرارتی تهیه شد. در ادامه، درصدهای مختلف (۲۵/۱، ۵/۲ و ۵ درصد حجمی) از ذرات به‌همراه پودر آلومینیم خالص به‌مدت زمان ۱۰ ساعت آسیاکاری گردید و سپس اکستروژن گرم شد. بررسی‌های ساختاری، فازی و مکانیکی نمونه‌های حاصل توسط پراش‌سنج پرتوایکس، میکروسکوپ الکترونی روبشی و آزمون کشش انجام شد. نتایج نشان داد که رسوبات غنی از آهن در ذرات تقویت کننده کامپوزیتی بخش سرامیکی ذرات را به زمینه فلزی متصل نموده و نقش مؤثری در بهبود انعطاف‌پذیری آنها دارد. بهینه درصد ذرات تقویت کننده مورد بحث برای استحکام ‌بخشی آلومینیم ۵/۲ درصد حجمی تشخیص داده شد. استحکام و درصد ازدیاد طول حاصل از این نمونه کامپوزیتی به‌ترتیب ۵۰۰ مگاپاسکال و ۶ درصد تعیین شد.
 

در این پژوهش پوشش کامپوزیتی نانوساختار FeAl/Al_۲O_۳ به‌روش آسیا‌کاری مکانیکی از طریق یک واکنش مکانوشیمیایی بر سطح زیرلایه فولاد کربنی پوشش داده شد. مواد اولیه مصرفی Fe، Al و Fe_۲O_۳ به میزان استوکیومتری به همراه زیرلایه و گلوله‌هایی به قطر چهار میلی‌متر در یک آسیای ارتعاشی پرانرژی تا ۲۲ ساعت تحت آسیا‌کاری قرار گرفت. برخی از نمونه‌های آسیا شده به مدت زمان یک و سه ساعت در دمای۷۷۳ کلوین آنیل شدند. آزمون‌های پراش پرتو ایکس (XRD)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، ریزسختی سنج و زبری سنج جهت ارزیابی مکانیزم واکنش مکانوشیمیایی و همچنین مشخصه‌یابی پوشش مورد استفاده قرار گرفت. واکنش مکانوشیمیایی در حین عملیات آسیا‌کاری پس از ۱۴ ساعت شروع و منجر به تشکیل جزئی نانوکامپوزیت FeAl/Al_۲O_۳ شد. افزایش زمان آسیا‌کاری تا ۱۸ ساعت سبب افزایش مداوم ضخامت پوشش تا ۸۰ میکرومتر گردید و ادامه فرایند آسیا‌کاری پس از آن موجب کندگی موضعی پوشش و ایجاد ترک در ساختار آن شد. ریزسختی پوشش ۱۸ ساعت آسیا شده معادل ۱۰۵۰ ویکرز تعیین شد. آنیل در دمای ۷۷۳ کلوین به مدت سه ساعت موجب تکمیل واکنش و سنتز پوشش نانوکامپوزیتی FeAl/Al_۲O_۳ شد. نتایج نشان داد که عملیات آنیل سبب افزایش سختی پوشش به ۱۲۰۰ ویکرز و بهبود قابل ملاحظه چسبندگی پوشش شد.