نشریه علمی پژوهشی مواد پیشرفته در مهندسی

هدف از انجام این پژوهش، بررسی تأثیر ذرات تقویت کننده سه جزئی Al₂O₃-TiB₂/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 (25/1، 5/2 و 5 درصد حجمی) از ذرات به‌همراه پودر آلومینیم خالص به‌مدت زمان 10 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 5/2 درصد حجمی تشخیص داده شد. استحکام و درصد ازدیاد طول حاصل از این نمونه کامپوزیتی به‌ترتیب 500 مگاپاسکال و 6 درصد تعیین شد.
 

در این پژوهش پوشش کامپوزیتی نانوساختار FeAl/Al₂O₃ به‌روش آسیا‌کاری مکانیکی از طریق یک واکنش مکانوشیمیایی بر سطح زیرلایه فولاد کربنی پوشش داده شد. مواد اولیه مصرفی Fe، Al و Fe₂O₃ به میزان استوکیومتری به همراه زیرلایه و گلوله‌هایی به قطر چهار میلی‌متر در یک آسیای ارتعاشی پرانرژی تا 22 ساعت تحت آسیا‌کاری قرار گرفت. برخی از نمونه‌های آسیا شده به مدت زمان یک و سه ساعت در دمای773 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 14 ساعت شروع و منجر به تشکیل جزئی نانوکامپوزیت FeAl/Al₂O₃ شد. افزایش زمان آسیا‌کاری تا 18 ساعت سبب افزایش مداوم ضخامت پوشش تا 80 میکرومتر گردید و ادامه فرایند آسیا‌کاری پس از آن موجب کندگی موضعی پوشش و ایجاد ترک در ساختار آن شد. ریزسختی پوشش 18 ساعت آسیا شده معادل 1050 ویکرز تعیین شد. آنیل در دمای 773 کلوین به مدت سه ساعت موجب تکمیل واکنش و سنتز پوشش نانوکامپوزیتی FeAl/Al₂O₃ شد. نتایج نشان داد که عملیات آنیل سبب افزایش سختی پوشش به 1200 ویکرز و بهبود قابل ملاحظه چسبندگی پوشش شد.