بررسی ویژگی های ساختاری، خواص فشاری و جذب انرژی در فوم های نانوکامپوزیت آلومینیومی تقویت شده با نانوذرات اکسید سیلیسیم

فرآیندهای نوین در مهندسی مواد

مقاله 12، دوره 9، شماره 1، خرداد 1394، صفحه 119-129   

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

اکرم صالحی^{* 1}؛ ابوالفضل باباخانی²؛ سید مجتبی زبرجد³

¹کارشناس ارشد مهندسی مواد و عضو گروه پژوهشی مواد جهاد دانشگاهی مشهد

²دانشیار، گروه مهندسی مواد، دانشگاه فردوسی مشهد، دانشکده مهندسی، مشهد

³استاد، گروه مهندسی مواد، دانشگاه شیراز، دانشکده مهندسی، شیراز

چکیده

در این تحقیق نانوکامپوزیت های آلومینیومی تقویت شده با 0، 25/0، 5/0، 75/0 و 0/1 درصد وزنی نانوذرات اکسید سیلیسیم، با کمک روش های ریخته گری گردابی و امواج مافوق صوت تهیه شدند. در ادامه نانوکامپوزیت های تولید شده، به روش فوم سازی مستقیم مذاب و با به کارگیری 1 درصد وزنی عامل فوم ساز هیدرید تیتانیوم تبدیل به فوم شدند و سپس فوم های تولید شده تحت آزمون فشار با نرخ کرنش ^1-s ^3-10×3 قرار گرفتند. نتایج حاصل از بررسی های ساختاری نشان داد که فوم های تقویت شده با 5/0 و 75/0 درصد وزنی نانوذرات اکسید سیلیسیم بهترین ساختار را از خود نشان می دهند. بررسی منحنی های تنش-کرنش فشاری نشان داد که با افزایش چگالی نسبی، تنش شروع منطقه پایا افزایش می یابد اما برای بهبود قابلیت جذب انرژی، علاوه بر افزایش چگالی نسبی بایستی ساختارهای سلولی نیز بهبود پیدا کنند.

کلیدواژه‌ها

فوم نانوکامپوزیت آلومینیومی؛ ریخته گری گردابی؛ امواج مافوق صوت؛ آزمون فشار؛ جذب انرژی

مراجع

[1]    م. گلستانی پور، م. توکلی و س. م. زبرجد، "بررسی جذب انرژی پنل های ساندویچی با هسته فوم آلومینیوم تحت آزمون سوراخ کاری"، مجله مواد نوین، جلد 3، ص 38-25، 1391.

 

[2]  J. Banhart, “Metal Foams: Production and Stability”, Advanced Engineering Materials, Vol. 8, No. 9, pp. 781–794, 2006.

 

[3]  P. Kenesei, Cs. Kadar, Zs. Rajkovits & J. Lendvai, “The influence of cell-size distribution on the plastic deformation in metal foams”, Scripta Materialia, Vol. 50, pp. 295–300, 2004.

 

[4]  G. Kavei & K. Ahmadi, “Processing aluminum foams using NaCl powder with controlled particle size and studying the microstructural and mechanical properties of the foams”, Special Topics & Reviews in Porous Media — An International Journal, Vol. 1, No. 4, pp. 337–344, 2010.

 

[5]  J. Shena, G. Lu & D. Ruan, “Compressive behaviour of closed-cell aluminium foams at high strain rates”, Composites, Part B, Vol. 41, pp. 678–685, 2010.

 

[6]  J. Banhart, “Manufacture, characterisation and application of cellular metals and metal foams”, Progress in Materials Science, Vol. 46, pp. 559–632, 2001.

 

[7]  V. C. Srivastava & K. L. Sahoo, “Processing, stabilization and applications of metallic foams. Art of science”, Materials Science-Poland, Vol. 25, pp. 733-753, 2007.

 

[8]  B. Y. Hur, S. J. Park, K. H. Song, W. H. Lee, S. H. Park & S. Y. Kim, “Foaming characterization reological, thermal mechanical properties of Al alloy foam”, International Conference: ADVANCED METALLIC MATERIALS, Smolenice, Slovakia, 2003.

 

[9]  W. Jiejun, L. Chenggong & Wang Dianbin, “Damping and sound absorption properties of particle reinforced Al matrix composite foams”, Composites Science and Technology, Vol. 63, pp. 569–574, 2003.

 

[10]  Jeon & T. Asahina, “The effect of structural defects on the compressive behavior of closed-cell Al foam”, Acta Materialia, Vol. 53, pp. 3415–3423, 2005.

 

[11]  X.F. Tao & Y.Y. Zhao, “Compressive behavior of Al matrix syntactic foams toughened with Al particles”, Scripta Materialia, Vol. 61, pp. 461–464, 2009.

 

[12]  K. M. Mussert, W.P. Vellinga & A. Bakker, “A nano-indentation study on the mechanical behaviour of the matrix material in an AA6061-Al₂O₃ MMC”, Journal of Materials Science, Vol. 37, pp. 789-794, 2002.

 

[13]  Y. Yang, J. Lan & X. Li, “Study on bulk aluminum matrix nano-composite fabricated by ultrasonic dispersion of nano-sized SiC particles in molten aluminum alloy”, Materials Science and Engineering, Vol. 380, pp. 378-383, 2004.

 

[14]  S. M. C. Torres, “Generation of heterogeneous cellular structures by sonication”, ph. D. Thesis, University of Heriot-Watt, United Kingdom, 2008.

 

[15]  J. Hashim, L. Looney & M.S.J. Hashmi, “The wettability of SiC particles by molten aluminium alloy”, Journal of Materials Processing Technology, Vol. 119, pp. 324–328, 2001.

 

[16]  K. S. Suslick, “The chemical and physical effects of ultrasound”, Scientific American, pp. 80-86, 1989.

 

[17]  J. Wang, Z. He, J. Wu & Z. Wan, “Effect of ultrasonic wave on melt foaming process of aluminum foam”, Advanced Materials Research, Vol. 97-101, pp. 227-230, 2010.

 

[18]  X. Li, Y. Yang & X. Cheng, “Ultrasonic-assisted fabrication of metal matrix nanocomposites”, Materials Science, Vol. 39, pp. 3211-3212, 2004.

 

[19]  K. S. Suslick, Y. Didenko & M. Fang, “Acoustic cavitation and its chemical consequences”, Phil. Trans. R. Soc. Lond. A, Vol. 357, pp. 335-353, 1999.

 

[20]  M. F. Ashby, A. G. Evans & N. A. Fleck, “Metal Foams: A Design Guide”, Butterworth-Heinemann, United States of America, 2000.

 

[21]  P. Pinto, N. Peixinho, F. Silva & D. Soares, “Compressive properties and energy absorption of aluminum foams with modified cellular geometry”, Journal of Materials Processing Technology, Vol. 214, pp. 571-577, 2014.

 

[22]  L. Filice, F. Gagliardi & D. Umbrello, “Simulation of aluminum foam behavior in compression tests”, The Arabian Journal for Science and Engineering, Vol. 34, pp. 129-137, 2009.

 

[23]  K. Kadoi, N. Babcsan & H. Nakae, “Heat Treatment of TiH2 Powder to Control Decomposition Phenomenon for Aluminum Foam Fabrication by Melt Route”, Materials Transactions, Vol. 50, pp. 727-733, 2009.

 

[24]  B. Matijasevic-Lux, J. Banhart, S. Fiechter, O. Gorke & N. Wanderka, “Modification of titanium hydride for Improved aluminum foam manufacture”, Acta Materialia, Vol. 54, pp. 1887-1900, 2006.

 

[25]  E. Koza, M. Leonowicz, S. Wojciechowski & F. Simancik, “Compressive strength of aluminium foams”, Materials Letters, Vol. 58, pp. 132–135, 2004.

 

[26]     م. ملک جعفریان، س. خ. ا. صدر نژاد، م. گلستانی پور و م. ص. ابروی، ” بررسی خواص فشاری فوم آلومینیومی سلول بسته“، چهارمین همایش مشترک انجمن مهندسین متالورژی و جامعه علمی ریخته گری ایران، 1389.

 

[27]  U. Ramamurty & A. Paul, “Variability in mechanical properties of a metal foam”, Acta Materialia, Vol. 52X, pp. 869-876, 2003.

 

[28]  C. Koerner, “Integral Foam Molding of Light Metals”, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, Germany, 2008.

 

[29]  T. Hamada, H. Kanahashi, T. Miyoshi & N Kanetake, “Effects of the Strain Rate and Alloying on the Compression Characteristics of Closed Cell Aluminum Foams”, Materials Transactions, Vol. 50, pp. 1418-1425, 2009.

 

D. P. Mondal, N. Jha, B. Gull, S.Das & A. Badkul, “Microarchitecture and compressive deformation behavior of Al-alloy (LM13)–cenosphere hybrid Al-foam prepared using CaCO3 as foaming agent”, Materials Science & Engineering A, Vol. 560, pp. 601–610, 2013.