بررسی خواص فوم نانو کامپوزیتی مس/ آلومینا تولید شده به روش متالورژی پودر

فرآیندهای نوین در مهندسی مواد

مقاله 17، دوره 9، شماره 4، اسفند 1394، صفحه 183-192   

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

مینا سبزواری^{* 1}؛ سید عبدالکریم سجادی²؛ احمد مولودی³

¹کارشناس ارشد بازرگانی

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

³مربی پژوهشی، گروه پژوهشی مواد، جهاددانشگاهی مشهد

چکیده

در این تحقیق فوم نانو کامپوزیتی زمینه مسی تقویت‌شده با نانو ذرات آلومینا(Al2O3)، با استفاده از عامل فوم ساز کربنات پتاسیم(K2CO3) و با به‌کارگیری روش فوم سازی پودر فشرده تولید شد. پیش ماده که شامل پودر مس و نانو ذرات آلومینا بود به مدت 4 ساعت آسیا کاری مکانیکی شد و سپس با درصدهای متفاوتی از کربنات پتاسیم مخلوط و با استفاده از پرس سرد تهیه گردید. پیش‌ماده فشرده شده سپس در دمای تفجوشی850 درجه سانتی‌گراد به مدت 180 دقیقه و پس از آن در دمای فوم سازی 1000درجه سانتی‌گراد به مدت 60 دقیقه قرار گرفت. در ادامه به منظور بررسی تنش پایا و کرنش چگالش، فوم‌های نانو کامپوزیتی تولیدی با درصدهای تخلخل و چگالی‌های نسبی متفاوت، تحت آزمون فشار قرار گرفتند. همچنین آنالیز حرارتیDTA از پودر کربنات پتاسیم و آنالیز EDS از پودر نانو کامپوزیتی مس/ آلومینا و تصویربرداری با میکروسکوپ SEM از نمونه‌ها انجام شد. به منظور بررسی فازهای احتمالی تولیدی حین فرایند تولید، از آنالیز XRD استفاده شد. نتایج مطالعات میکروسکوپی از مورفولوژی حفرات نشان داد فوم‌های تولیدی دارای توزیع و نفوذ سطحی مناسبی از نانو ذرات آلومینا در زمینه مسی هستند و ساختار حفرات نسبتا همگن و یکنواخت است. در نتایج آنالیز XRD اثری از فاز جدید مشاهده نشد. همچنین با افزایش چگالی نسبی از 358/0 به 795/0، تنش پایای نمونه‌های تولید شده و قابلیت جذب انرژی به ترتیب از 18 به 5/112 مگا پاسکال و از 20 به 30 مگاژول بر متر مکعب افزایش یافت.

کلیدواژه‌ها

فوم نانو کامپوزیتی مس/ آلومینا؛ روش فوم سازی پودر فشرده؛ کربنات پتاسیم

مراجع

[1]     N. Ramakrishnan, “An analytical study on strengthening of particulate reinforced metal matrix composites”. Acta Materialia, Vol. 44, pp. 69-77. 1996.

 

[2]     J. Hashim, L. Looney&  M. S. J. Hashmi, “The wettability of SiC particles by molten aluminum alloy”. Materials processing Technology, Vol. 119, pp. 324-328. 2001.

 

[3]       م. گلستانی پور و م.توکلی،" بررسی جذب انرژی پنل های ساندویچی با هسته فوم آلومینیوم تحت آزمون سوراخ کاری"، مجله مواد نوین؛ جلد3، شماره2، صفحه 25-38.1391.

 

[4]     Y. Y. Zhao, T. Fung, L. P. Zhang & F. L. Zhang, “Lost carbonate sintering process for manufacturing metal foams”. Scripta Materialia, Vol. 52, pp. 295–298. 2005.

 

[5]     A. simone & l. g. Gibson, “Aluminum foams produced by liquid- state processes”. Acta Materialia, Vol. 46, pp. 3109–3123. 1998.

 

[6]     I. Duarte & J. Banhart., “A study of aluminium foam formation-kinetics and microstructure”. Acta Materialia, Vol. 48. pp. 2349-2362. 2000.

 

[7]     Y. Zhao, F. Han&T. Fung. “Optimization of compaction and liquid-state sintering in sintering and dissolution process for manufacturing Al foams”. Materials Science and Engineering A. Vol. 364, pp. 117–125. 2004.

 

[8]     H. Nakajima, S. K Hyun, K. Ohashi, K. Ota & K. Murakimi. “Fabrication of pourus copper by unidirectional solidification under hydrogen and its properties” Journal of Colloids Surface. A physicochemistery Engineering Aspects. Vol. 179, pp. 209-214. 2001.

 

[9]     Q. Z. Wang, C. X. Cui, S. J. Liu & L. C. Zhao, “Open-celled porous Cu prepared by replication of NaCl space-holders”. Materials Science and Engineering Vol. A 527, pp. 1275–1278.2010.

 

[10] Halil & I. Bakan, “A novel water leaching and sintering process for manufacturing highly porous stainless steel”. Scripta Materialia, Vol. 55, pp. 203–206. 2006.

 

[11] Y. Y. Zhao, T. Fung, L. P. Zhang & F. L. Zhang, “Lost carbonate sintering process for manufacturing metal foams”. Scripta Materialia, Vol. 52, pp. 295–298. 2005.

 

[12] D. X. Sun & Y. Y. Zhao, “Phase changes in sintering of Al/Mg/NaCl compacts for manufacturing Al foams by the sintering and dissolution process”. Materials Letters. Vol. 59, pp. 6 – 10. 2005.

 

[13]    ا. ح. مغنیان، ف. شجاعی پور، ک. پورآذرنگ، و پ. عباچی، "بررسی خواص فیزیکی و مکانیکی نانو کامپوزیت Cu/TiO2 تولید شده به روش متالورژی پودر/ اکسیداسیون داخلی"، پنجمین همایش مشترک انجمن مهندسی متالورژی ایران، اصفهان، انجمن علمی ریخته گری ایران، دانشگاه صنعتی اصفهان.1390.

 

[14] P.K. Jena, E. A. Brocchi, M. S. Motta,“In situ formation of Cu-Al₂O₃nano-scale  composites by chemical routes and studies on their microstructure”, Material Science Engineering A, Vol. 313, pp. 180-186. 2001.

 

[15] D. Y. Ying & D. L. Zhang, “Processing of Cu-Al₂O₃ metal matrix nano composite material by high energy ball milling”. Material Science Engineering, Vol. A 286, pp. 152-156. 2000.

 

[16] K. M. Mussert, W. P. Vellinga, A. Bakker & S. Van Der Zwaag, “A nano-indentation study on the mechanical behavior of the matrix material in an AA6061-Al2O3 MMC”, Materials Science, Vol. 37, pp. 789–794. 2002.

 

[17] 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.

 

[18]    ع. نبوی، ج. وحدتی خاکی، "تولید کامپوزیت پایه مس تقویت‌شده با ذرات آلومینا و کاربیدسلیسیوم به روش آسیاکاری مکانیکی و ارزیابی ریزساختاری آن"، سومین همایش مشترک انجمن مهندسین متالورژی .1385.

 

[19] F. Shehata, M. Abdelhameed, A. Fathy & M. Elmahdy, “Preparation and Characteristics of Cu-Al₂O₃ Nanocomposite”, Open Journal of Metal, Vol. 1, pp. 25-33. 2011. 

 

[20] N. Kanetake, T. Miyoshi, H. Nakajima & F. Ono, “International Standard for Compression Test of Porous and Cellular Metals”, JIS Standard, Japan.

 

[21] B. Abbasipour, B. Niroumand & S. M. Monirvaghefi, “Compocasting of A356-CNT Composite”, Transaction of Nonferrous Metals Society of China, Vol. 20, pp. 1561-1566. 2010.

 

[22] B. Abbasipour, B. Niroumand & S. M. Monir Vaghefi, “Compocasting of A356-CNT composite”, Transactions of Nonferrous Metals Society of China, Vol. 20, pp. 1561-1566. 2010

 

[23] D. Abdul Saheb, “Aluminum silicon carbides and aluminum graphite particulate composites”, Journal of Engineering and Applied Sciences, Vol. 6, pp. 41-46. 2011.

 

[24] J. Banhart & Prog, “Manufacture, Characterization and application of cellular metals and metal foam” Progress in Materials Science, Vol. 46, pp. 559-632. 2001.

 

[25] H. Mahboob, S. A. Sajjadi & S. M. Zebarjad, “Influence of nanosized Al2O3 weight percentage on microstructure and mechanical properties of Al–matrix nanocomposite”, Powder Metallurgy Vol. 54, pp. 148-152. 2011.

 

[26] J. Park & S. Hyun, “Effect of Pore Morphology on Compressive Yield Strength of Lotus-Type Porous Copper with Various Specimen Sizes”, Materials Transactions, Vol. 47, pp. 2208-2212. 2006.