تأثیر حضور کربن بلک بر استحکام اتصال آلومینیوم/پلی‌اتیلن در فرایند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی نقطه‌ای

مهندسی متالورژی و مواد

مقاله 9، دوره 33، شماره 2 - شماره پیاپی 26، شهریور 1401، صفحه 133-146   

نوع مقاله: علمی و پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jmme.2022.76096.1048

نویسندگان

تکتم کیان افشار¹؛ سمانه صاحبیان^{* 2}؛ محسن حداد سبزوار²

¹دانشکده مهندسی دانشگاه فردسی مشهد

²دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد.

چکیده

اتصال قطعات مختلف به یکدیگر به عنوان یک نیاز مهم در صنایع مختلف مطرح شده است. به دلیل پیچیدگی روش‌های اتصال متداول، تمایل زیادی به پژوهش و توسعه‌ی روش‌های اتصال جدید در سال‌های اخیر به وجود آمده است . از این رو این پژوهش با هدف بررسی استحکام اتصال آلومینیوم آلیاژی 5083 به کامپوزیت زمینه پلیمری تقویت شده با ذرات کربن بلک انجام شده است. در این پژوهش خواص مکانیکی شامل استحکام کششی برشی و تاثیر درصد وزنی ذرات تقویت کننده بر مدت زمان مورد نیاز جهت ایجاد اتصال مطلوب بین کامپوزیت زمینه پلیمری و آلومینیوم بررسی گردید. در این پژوهش اتصال با فرایند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی انجام و استحکام نقطه‌ی جوش با آزمون کشش برشی مورد بررسی قرار گرفت. درصد فاز تقویت کننده‌ی افزوده شده به زمینه‌ی پلی‌اتیلن، مدت زمان ماندگاری ابزار دستگاه جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی نقطه‌ای به عنوان متغیرهای تأثیرگذار بر استحکام کششی برشی در این پژوهش مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج حاصل نشان داد که با افزایش زمان ماندگاری برای پلی‌اتیلن خالص در مدت زمان 15 ثانیه و برای نمونه های کامپوزیتی زمینه پلی اتیلن تقویت شده با کربن بلک در بازه زمانی 10 ثانیه، اتصال مطلوب را سبب می شود و با افزایش زمان ماندگاری تا 20 ثانیه به دلیل افزایش بیش از حد مذاب پلی-اتیلن استحکام و تنشهای پسماند در طی فرایند انجماد روند نزولی استحکام اتصال مشاهده شد.

کلیدواژه‌ها

جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی نقطه‌ای؛ پلی‌اتیلن با دانسیته‌ی بالا؛ کربن بلک؛ استحکام کششی برشی

مراجع

1.       Moshwan, R., Rahmat, S., Yusof, F., Hassan, M., Hamdi, M. and Fadzil, M., "Dissimilar friction stir welding between polycarbonate and AA 7075 aluminum alloy", Materials Research, Vol.106, No. 3, pp. 258-266, (2015).

2.       Khodabakhshi, F., Haghshenas, M., Sahraeinejad, S., Chen, J., Shalchi, B., Li, J., "Microstructure-property characterization of a friction-stir welded joint between AA5059 aluminum alloy and high-density polyethylene", Materials Characterization, Vol. 98, pp.73-82, (2014).

3.       Liu, F.C., Liao, J. and Nakata, K., "Joining of metal to plastic using friction lap welding",  Materials and Design, Vol. 54, pp. 236-244, (2014).

4.       Formela, K., Kuranska, M. and Barczewski, M., "Recent Advances in Development of Waste-Based Polymer Materials", Polymers, Vol. 14, No. 5, p.1050, (2022).

5.       Hsissou, R., Seghiri, R., Benzekri, Z., Hilali, M., Rafik, M. and Elhafi, A., "Polymer composite materials: A comprehensive review", Composite Structures, Vol. 262, p. 113640, (2021).

6.       Arefin, A. M. E., Khatri, N. R., Kulkarni, N. and Egan, P. F., "Polymer 3D Printing Review: Materials, Process, and Design Strategies for Medical Applications", Polymers, Vol. 13, No. 9, p. 1499, (2021).

7.       Formela, K., Zedler, L., Hejna, A. and Tercjak, A., "Reactive extrusion of bio-based polymer blends and composites – Current trends and future developments", Express Polymer Letters, Vol. 12, No.1, pp. 24-57, (2018).

8.       Wong, K. and Abbas Jawad, Z., "A review and future prospect of polymer blend mixed matrix membrane for CO₂ separation", Polymer Research, Vol. 26, No. 12, pp. 1-18, (2019).

9.       Roy, K., Debnath, S. C. and potiyaraj, P., "A Review on Recent Trends and Future Prospects of Lignin Based Green Rubber Composites",  Polymers and the Environment, Vol.28, No. 2, pp. 367-387, (2020). 

10.   Karami Pabandi, H., Movahedi, H., Kokabi, A. H., "A New Refill Friction Spot Welding Process for Aluminum/Polymer Composite Hybrid Structures", Composites Structures, Vol. 174, pp. 59-69, (2017).

11.   Yousefpour, A., Hojjati, M. and Immarigeon, J. P., "Fusion Bonding/Welding of Thermoplastic Composites", Thermoplastic Composite Materials, Vol. 17, No. 4, pp. 303-341, (2004).

12.   Mishra, R. S. and Ma, Z. Y., "Friction stir welding and processing", Materials Science and Engineering, Vo1. 50, No. 1-2, pp. 1-78, (2005).

13.   Yang, X. W., Fu, T. and Li, W. Y., "Friction Stir Spot Welding: A Review on Joint Macro and Microstructure, Property, and Process Modelling", Advances in Materials Science and Engineering, Vol. 2014, p. 11, (2014).

14.   Aghajani Derazkola, H., Kashiry Fard, R. and Khodabakhshi, F., "Effects of processing parameters on the characteristics of dissimilar friction-stir-welded joints between AA5058 aluminum alloy and PMMA polymer", welding in world, Vol. 62, No. 1, pp. 117-130, (2018).

15.   Kemal Bilici, M. and Irfan Yukler, A., "Effects of welding parameters on friction stir spot welding of high density polyethylene sheets", Materials & Design, Vol. 33, pp. 545-550, (2012).

16.   Ratanathavorn, W. and Melander, A., "Dissimilar joining between aluminium alloy (AA 6111) and thermoplastics using friction stir welding", Science and Technology of Welding and Joining, Vol. 20, pp. 222-228, (2015).

17.   Shahmiri, H., Movahedi, M. and Kokabi, A.M., "Friction stir lap joining o aluminum alloy to polypropylene sheets", Science and Technology of Welding and  Joining, Vol. 22, No. 2, pp. 20-126, (2017).

18.  

Lionetto, F., Balle, F., Maffezzoli, A., "Hybrid ultrasonic spot welding of aluminum to carbon fiber reinforced epoxy composites", Materials Processing Technology, Vol. 247, pp. 289-295, (2017).

19. Ogawa, Y., Xiong, Y., Akebono, H., Kato, M., Tanaka, K. and Sugeta, A., "Fatigue properties of friction stir welds of treated Al to carbon fibre- reinforced Plastic", Science and Technology of Welding and Joining, Vol. 23, No. 1, pp. 79-86, (2018).
20. Aghajani Derazkola, H., and Simchi, A. R., "An investigation on the dissimilar friction stir welding of T-joints between AA5754 aluminum alloy and poly(methyl methacrylate)", Thin-Walled structures, Vol. 135, pp. 376-384, (2019).
21. Amancio-Filho, S. T., Bueno, C., Santos, J. F., Huber, N. and Hage Jr, E., "On the feasibility of friction spot joining in magnesium/fiber-reinforced polymer composite hybrid structures", Materials Science and Engineering, Vol. 528, No. 10-11, pp. 3841-3848, (2011).