دستیابی به شرایط بهینه ساخت کامپوزیت زمینه فلزی A356-BN(h) به روش ریخته-گری گردابی

الموضوعات : فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین

مسعود مشرفی فر ¹

1 - استادیار دانشکده مهندسی معدن و متالورژی دانشگاه یزد.

تاريخ الإرسال : 08 الإثنين , ربيع الثاني, 1437 تاريخ التأكيد : 15 الخميس , جمادى الأولى, 1439 تاريخ الإصدار : 04 الأربعاء , ربيع الأول, 1439

الکلمات المفتاحية: خواص مکانیکی, کامپوزیت, ریخته‌گری گردابی, نیترید بور, آلیاژ آلومینیم A356, الکترولس نیکل- فسفر,

ملخص المقالة :

در این تحقیق، کامپوزیت آلومینیوم با ذرات فاز دوم از جنس BN_(h) و در سه حالت پودر خام، پودر پوشش داده­شده با الکترولس نیکل- فسفر و پودر پوشش داده شده توسط نیکل- فسفر بر روی پودر آلومینیوم، توسط همزن­های متفاوت و با سرعت­های همزدن مختلف ساخته و بهینه­سازی شد. مطالعات انجام شده با میکروسکوپ الکترونی مجهز به EDS وX-Ray map نشان داد که انجام عملیات آماده‌سازی روی ذرات BN نقش بسیار مهمی روی نشاندن لایه نیکل روی آنها دارد. چرخه آماده‌سازی شامل اکسایش در دمایC˚200 به مدت یک ساعت، حساس‌سازی در   محلول­های شامل g/Lit SnCl₂10 و ml/Lit HCl30 (غلظت 38%) به مدت 15 دقیقه و  فعال‌سازی در یک محلول آبی شامل  g/Lit PdCl₂25/0 و ml/Lit HCl30 بهترین شرایط را ایجاد می‌نماید. همچنین بررسی‌های انجام شده نشان داد، پوشش­دهی پودر نیترید بور بر روی ذرات درشت­تر از جنس زمینه از پوشش­دهی الکترولس تنها روی پودر مؤثرتر است و درصد بهینه پودر نیترید بور جهت افزودن به مذاب آلومینیوم 6 درصد وزنی انتخاب شد. همچنین همزن چهارپره با جریان شعاعی، برای ساخت کامپوزیت آلومینیوم/ نیترید بور انتخاب مناسبی است. بر خلاف آلیاژ­های تک­فازی، در کامپوزیت­ها، استحکام کششی با سختی متناسب نیست و در حالی که استحکام کششی کاهش می­یابد، سختی ممکن است افزایش یابد.

المصادر:

1-نفیسه سادات مدقن، محمد مزینانی،"تولید ماده­ی مرکب زمینه آلومینیم با نانوذرات Al2O3 به روش ریخته­گری گردابی و بررسی تاثیر فرآیند نورد سرد بعدی بر ریزساختار و خواص مکانیکی آن"، فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین، دوره 5، شماره 19، بهار 1394، صفحه 87-100.

2-M. Khademian, "Investigation on effect of casting temperature and mixing time on microstructure and mechanical properties of Al-B4C nano composites by vortex method", M.Sc. Thesis, Faculty of Materials & Manufacturing Processes, Malek Ashtar University, Tehran, 2013.

3-J. Onoro, M. Salvador, L. Cambronero, "High-temperature mechanical properties of aluminium alloys reinforced with boron carbide particles", Materials Science and Engineering: A, Vol. 499, No. 1, pp. 421-426, 2009.         

4- A. Yazdani, E. Salahinejad, "Evolution of reinforcement distribution in Al–B4C composites during accumulative roll bonding", Materials & Design, Vol. 32, No. 6, pp. 3137-3142, 2011.

5-V. Bharath, N. Madev, V. Auradi, S. A. Kori, "Preparation of 6061Al-Al2O3 MMC’s by Stir Casting and Evaluation of Mechanical and Wear Properties", Procedia Materials Science, 6,  1658 – 1667, 2014.

6-G. G. Sozhamannan, S. B. Prabu, V. S. K. Venkatagalapathy, "Effect of Processing Parameters on Metal Matrix Composites: Stir Casting Process", Journal of Surface Engineered Materials and Advanced Technology, Vol. 2, 11-15, 2012.      
 

7-M. N. Wahab, A. R. Daud, M. J. Ghazali, "Preparation and Characterization of Stir Cast Aluminum Nitride Reinforced Aluminum Metal Matrix Composites", International Journal of Mechanical and Materials Engineering (IJMME), Vol. 4, No. 2, 115-117, 2009.     

8-R. Kumar, J. Jegan, L. Initha,"Processing of Aluminum Metal Matrix Composites (AMMC) Hrough Stir Casting Route", IPASJ International Journal of Mechanical Engineering (IIJME), Vol. 2, 2014.  
 

9-K. L. Patil, M. Ali, M. Nagaral, "Studies on Al8081-B4C Metal Matrix Composites Fabricated by Stir Casting Method", International Journal of Modern Engineering Research (IJMER), Vol. 4, 2014.           
 

10-M.V. Krishna, A. M. Xavior, "An Investigation on the Mechanical Properties of Hybrid Metal Matrix Composites", Procedia Engineering, 97, 918 – 924, 2014. 
 

11-A. Dehghan Hamedan and M. Shahmiri, "Production of A356–1 wt% SiC nanocomposite by the modified stir casting method", Materials Science and Engineering A, Vol. 556, pp.921-926, 2012.

12-J. Hashim, L. Looney, and M.S.J. Hashmi,"Metal matrix composites: production by the stir casting method", Journal of Materials Processing Technology, 92–93, pp. 1–7. 1999.

13-D. Brabazon, D.J. Browne, and A.J. Carr,"Mechanical stir casting of aluminum Alloys from the mushy state: process, microstructure and mechanical properties", Materials Science and Engineering A, 326, pp. 370–381. 2002.

14- Ramrattan S.N., Comp. Des. Manuf., ASME, 45-53, 1994.    
15-Skibo, D.M., Schuster, D.M., Jolla, L., "Process for preparation of composite materials containing nonmetallic particles in a metallic matrix, and composite materials", US Patent No. 4786 467, 1988.  

16-R. T. Paine, C. K. Narula, "Synthetic routes to boron nitride", Chemical Reviews , vol.90, pp. 73 – 91, 1990.  
17- A. Nechepurenko, S. Samuni, "Oxidation Protection of Graphite by BN Coatings", Journal of Solid State Chemistry, Vol. 154,  pp. 162-164, 2000.

18- R.F. Deacon, J.F. Goodman, "Lubrication by lamellar solids", Proceedings of the Royal Society London A, Vol. 23, pp.464–482, 1958.

19-G.W. Rowe, "Some observation on the frictional behaviour of boron nitride and of graphite", Wear, Vol.3, pp.274–285, 1960.   
  
20-A.R. Globus, "A new high-temperature lubricant for hot rolling", Iron and Steel Engineer, pp.93–94, 1970. 

21- Y. Goto, S. Wakasugi, T. Kozai, "Test for investigating the lubricationproperties of solid lubricants in cold metal forming", Journal of Mechanical Working Technology, vol. 6, pp.51–62, 1982.

 

22- Y.J. Hwu, C. T. Hsu, F. Wang, "Measurement of friction and the flow stress of steels at room and elevated temperatures by ring-compression tests", Journal of Materials Processing Technology, vol. 37, pp.319–335, 1996.

23- K.B. Lee, H.S. Sim, S.W. Heo, H.R. Yoo, S.Y. Cho, H. Kwon, "Tensile properties and microstructures of Al composite reinforced with BN particles", Composite part A, vol.33, pp.709-715, 2002.

24- Hahn. C, "New boron nitride hard coatings open up attractive prospects in non-ferrous metallurgy", Giesserei, pp.9, 2003.

25- M.L. Ted Guo, Chi.-Y.A. Tsao, "Tribplogical behavior of aluminum/SiC/Nickel-coated graphite hybride composites", materials science and engineering, Vol.A333, pp.134-145, 2002.

26- L.M. Abrantes, J.P. Correia, "On the mechanism of electroless Ni-P plating", Journal of the Electrochemical Society, vol. 141, pp.2356-2360, 1994.         

27- H. Ashassi-Sorkhabi, S.H. Rafizadeh, "Effect of coating time and heat treatment on structures and corrosion characteristics of electroless Ni–P alloy deposits", Surface Coating and Technology, vol.176, pp.318–326, 2004.

28- G.O. Mallory, J.B. Hadju, "Electroless Plating: Fundamentals and Applications", AESF, Orlando, 1991.       

29- Perry DH, Green DL.Perry’s Chemical Engineering HandBook.6th edition. New York: McGraw Hill, 1984.

30- مهدی کلانتر، سرامیک­های سازه­ای دما بالا، انتشارات دانشگاه یزد، 1387.     

31- N.H. Parker, Mixing Chem. Eng. pp. 208, 1964.

32- B. Tian, "Modified Electroless Plating Technique for Preparation of Palladium Composite Membranes", Master Thesis of Science in Engineering, University of Stellenbosch, 2005.

33- Y. Chen, M. Cao, Q. Xu, J. Zhu, "Electroless nickel plating on silicon carbide nanoparticles", Surface. Coating and Technology, vol.172, pp.90–94, 2003.

34- Y. J. Lin, B. F. Jiang, "Sintering and phase evolution of electroless-nickel-coated alumina powder", Journal of the American Ceramic Society, vol.81, pp. 2481-2484, 1998.          

35- F.Z. Kong, X.B. Zhang, W.Q. Xiong, F.Liu, W.Z. Huang, Y.L. Sun, J.P. Tu, x.w. Chen, "Continuous Ni-layer on multiwall carbon nanotubes by an electroless plating method", Surface Coating and Technology, vol.155, pp.33-36, 2002.        

36- Qu. Zhan-Min, "Study on the process of electroless nickel plating for graphite powder", Electroplating and finishing, Vol.24, pp.21-23, 2005.     

37- N. Aniban, "An analysis of impeller for aluminum metal matrix composites synthesis", Materials and Design, Vol(23),pp. 553–556, 2002.   

38- Q. Zhao, Y. Liu, H. Mu¨ller-Steinhagen and G. Liu,"Graded Ni–P–PTFE coatings and their potential applications", Surface and Coatings Technology, Vol. 155, pp. 279–284, 2002.

39- اسماعیل دماوندی، سلمان نوروزی، سید محمود ربیعی، "بهبود ریزساختار و خواص مکانیکی آلیاژ آلومینیمA356  به روش کامپوکستینگ"، فصلنامه  علمی پژوهشی مهندسی مکانیک جامدات، سال هفتم، شماره اول، 1393.   

40- W. D. FEI, X. D. Jiang, "Effect of interfacial reaction on the Young's modulus of aluminium borate whisker reinforced aluminium composite", Journal of Materials science letters, Vol. 15. pp. 1966-1968, 1996.       

41- R. P. Taylor, S. T. McClain and J. T. Berry, "Uncertainty analysis of metal-casting porosity measurements using Archimedes' principle", International Journal of Cast Metals Research, Vol. 11. pp. 247-257, 1999.          

42- M. Dlapka,  H. Danninger, C. Gierl and B. Lindqvist, "Defining the pores in PM components", Metal Powder Report,

Vol. 65. pp. 30-33, 2010.