بررسی ریزساختار و خواص مکانیکی نانوکامپوزیت Al5083-ZrB2 ساخته شده به روش ریخته‌گری گردابی وسنتز درجا

مهندسی متالورژی و مواد

مقاله 4، دوره 36، شماره 2 - شماره پیاپی 38، خرداد 1404، صفحه 45-56   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jmme.2025.89865.1160

نویسندگان

مسعود معتمدی یگانه^{* 1}؛ علی علیزاده²

¹دانشگاه صنعتی مالک اشتر تهران-مجتمع دانشگاهی مواد و فناوری‌های ساخت-ایران-تهران

²مجتمع دانشگاهی مواد و فناوری‌های ساخت دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران.

چکیده

در پژوهش حاضر، تاثیر افزودن نانوذرات دی بوراید زیرکونیم (ZrB2) بر ریزساختار و خواص کششی کامپوزیت زمینه آلومینیوم 5083 مطالعه و بررسی شد. نانوکامپوزیت‌های Al5083-5wt% ZrB2 و Al5083-10wt% ZrB2 به روش ریخته‌گری گردابی در دمای 1000 درجه سلسیوس با فرایند سنتزدرجا تولید شدند. سپس نمونه‌ها به منظور توزیع یکنواخت تقویت کننده‌ها در زمینه تحت عملیات تکمیلی اکستروژن گرم قرار گرفتند. نانوذرات ZrB2 مورد استفاده در این پژوهش با روش درجا به وسیله کریولیت (Na3AlF6)، اکسید زیرکونیم (ZrO2) و پتاسیم تترافوروبوراید (KBF4) در مذاب آلومینیوم فراوری شد. به منظور بررسی ریزساختار، سطوح و سازکار شکست نمونه‌ها از آنالیز پراش اشعه ایکش(XRD) ، میکروسکوپ نوری(OM) و میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی(FE-SEM) و برای ارزیابی خواص مکانیکی از آزمون کشش استفاده شد. نتایج آزمون کشش نشان داد که افزودن 10 درصد وزنی ذرات ZrB2، در مقایسه با نمونه بدون تقویت کننده، باعث افزایش 18.2 درصدی استحکام کششی نهایی و کاهش 19.5 درصدی کرنش می‌شود. همچنین عملیات تکمیلی اکستروژن سبب کاهش تخلخل شده در نتیجه چگالی افزایش یافته است.

کلیدواژه‌ها

سنتز درجا؛ آلومینیوم 5083؛ ریخته‌گری گردابی؛ دی بوراید زیرکونیوم؛ نانوذرات دی بوراید زیرکونیوم

مراجع

[1] P.D.Khatibi, M.Saeidi, A.Latifi, Nanostructure & Nanocomposites. Danesh poyan javan,  2006.

[2] N. Chawla and K. K. Chawla, “Microstructure-based modeling of the deformation behavior of particle reinforced metal matrix composites,” Journal of Materials Science, vol. 41, pp. 913–925, 2006. https://doi.org/10.1007/s10853-006-6572-1

[3] M. Singla, D. D. Dwivedi, L. Singh, and V. Chawla, “Development of aluminium based silicon carbide particulate metal matrix composite,” Journal of Minerals and Materials Characterization and Engineering, vol. 8, no. 6, pp. 455–467, 2009. http://dx.doi.org/10.4236/jmmce.2009.86040

[4] S. Kim, C. G. Lee, and S. J. Kim, “Fatigue crack propagation behavior of friction stir welded 5083-H32 and 6061-T651 aluminum alloys,” Materials Science and Engineering: A, vol. 478, no. 1-2, pp. 56–64, 2008. https://doi.org/10.1016/j.msea.2007.06.008

[5] C. Raghunath, M. S. Bhat, and P. K. Rohatgi, “In situ technique for synthesizing Fe-TiC composites,” Scripta Metallurgica et Materialia, vol. 32, no. 4, pp. 577–582, 1995. https://doi.org/10.1016/0956-716X(95)90840-G 

[6] R. M. German, Powder metallurgy and particulate materials processing: the processes, materials, products, properties, and applications. Randall M. German, 2005.

[7] M. F. Najafabadi and M. A. Golozar, “Pilot in-Situ Production of AL-TiB2 and AL-ZrB2 Composites Using Reactive Slag,” Journal of Advanced Materials in Engineering (Esteghlal), vol. 23, no. 1, pp. 179–188, 2022. https://dor.isc.ac/dor/20.1001.1.2251600.1383.23.1.11.7 

[8] Y. Chen and D. D. L. Chung, “In situ Al-TiB composite obtained by stir casting,” Journal of Materials Science, vol. 31, pp. 311–315, 1996. https://doi.org/10.1007/BF01139145

 [9] S. A. Sajjadi, H. R. Ezatpour, and M. Torabi Parizi, “Comparison of microstructure and mechanical properties of A356 aluminum alloy/Al₂O₃ composites fabricated by stir and compo-casting process,” Materials and Design, vol. 34, pp. 106–111, 2012. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2011.07.037

[10]  S. A. Sajjadi, H. R. Ezatpour, and H. Beygi, “Microstructure and mechanical properties of Al–Al₂O₃ micro and nano composites fabricated by stir casting,” Materials Science and Engineering: A, vol. 528, no. 29-30, pp. 8765–8771, 2011. https://doi.org/10.1016/j.msea.2011.08.052

 [11] A. Alizadeh and E. Taheri-Nassaj, “Mechanical properties and wear behavior of Al-2wt.%Cu alloy composites reinforced by B₄C and fabricated by mechanical milling and hot extrusion,” Materials Characterization, vol. 67, pp. 119–128, 2001. https://doi.org/10.1016/j.matchar.2012.02.006  

[12]  S. Schamm, R. Fedou, J. P. Rocher, J. M. Quenisset, and R. Naslain, “The K₂ZrF₆ Wetting Process: Effect of Surface Chemistry on the Ability of a SiC-Fiber Preform to be Impregnated by Aluminum,” Metallurgical and Materials Transactions A, vol. 22, no. 9, pp. 2133–2139, 1991. https://doi.org/10.1007/BF02669881  

[13]   A. R. Norouzi, “Investigation of the microstructure and mechanical properties of Al-TiB₂ nanocomposite made by vortex casting method for aerospace applications,” The Fourth International Conference on Nanotechnology Science and Development, 2009. https://civilica.com/doc/1196851   

 [14] M. Emami and E. Tahbazfar, “Mechanism of TiB₂ particle formation in Al-TiB₂ metal matrix composite by alloy-alloy method,” Journal of Tehran University of Technology, vol. 36, pp. 223–230, 2002.

[15]  H. Mir Hosseini and V. A. Asadi, “Fabrication and investigation of heat treatment of Al356-Al₂O₃ cast composite,” Fifth Annual Congress of the Iranian Society of Metallurgical Engineers, Amirkabir University of Technology, 2001. https://civilica.com/doc/101764

 [16] N. Chawla and K. Chawla, Metal Matrix Composites. Isfahan University of Technology, First Edition, 2008. https://www.gisoom.com/book/1506017/

[17] A. Abdollahi, “Investigation of mechanical properties of Al2024-B₄C nanocomposite produced by mechanical alloying and hot extrusion,” Malek Ashtar University of Technology, 2012. https://civilica.com/doc/1908806  

[18] M. C. Carroll, Improvements to the strength and corrosion resistance of aluminum-magnesium-manganese alloys of near-AA5083 chemistry. The Ohio State University, 2001.

[19] Q. Xing, J. Zhao, H. Pan, L. Hou, and R. Li, “Effect of scandium and zirconium combination alloying on as-cast microstructure and mechanical properties of Al-4Cu-1.5Mg alloy,” School of Materials Science and Engineering, Shenyang University of Technology, Liaoning Province, China, 110870.

 [20] Y. L. Song, Y. H. Liu, S. H. Wang, S. R. Yu, and X. Y. Zhu, “Effect of cerium addition on microstructure and corrosion resistance of die cast AZ91 magnesium alloy,” Materials and Corrosion, vol. 58, no. 3, pp. 189–192, 2007. https://doi.org/10.1002/maco.200603988