بررسی تجربی رفتار حرارتی و مکانیکی کامپوزیت واکنشی Al-Niسنتز شده به روش آسیاب مکانیکی

مهندسی متالورژی و مواد

دوره 33، شماره 3 - شماره پیاپی 27، آبان 1401، صفحه 37-52   

نوع مقاله: علمی و پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jmme.2022.76226.1049

نویسندگان

علی علیزاده^{* 1}؛ مهدی عبدالهی²

¹مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، تهران، ایران

²مجتمع دانشگاهی مواد و فناوریهای ساخت، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهرا ن، تهران، ایرا ن

چکیده

کامپوزیت‌های واکنشی گروه جدیدی از مواد کامپوزیتی هستند که از دو یا چند ماده فلزی تشکیل شده‌اند؛ به‌طوری‌که در شرایط محیط قادر به اشتعال یا انفجار نیستند ولی در اثر شوک، بارهای ضربه‌ای شدید و افزایش دما، قابلیت آزادسازی انرژی زیادی را دارند. هدف از این تحقیق، بررسی تاثیر تغییر درصد ذرات بر ریزساختار، خواص حرارتی و مکانیکی کامپوزیت Al-Ni است. به این منظور، ترکیب‌ Al-Ni با نسبت‌های مولی 2 به 1، 1 به 1 و 1 به 3 آسیاب و مخلوط شدند. سپس نمونه‌ها پرس سرد شده و در دمای ˚C 400 به مدت یک ساعت تحت اتمسفر گاز خنثی زینتر شدند. ریزساختار به وسیله میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی (FESEM) آنالیز شد. برای بررسی خواص حرارتی و مکانیکی به ترتیب از آزمون‌های DTA و احتراق و فشار و هاپکینسون استفاده شد. در آزمون احتراق بیشترین حرارت آزاد شده مربوط به نمونه با نسبت 1 به 1 بود که علت آن تشکیل فراروده AlNi است. در آزمون فشار و هاپکینسون بیشترین استحکام فشاری مربوط به نمونه با نسبت 1 به 1 و بترتیب MPa 7/208 و 7/309 بود. همچنین نتایج نشان داد با افزایش نرخ کرنش از s-1 01/0 (در آزمون فشار) به s-1 1000 (در آزمون هاپکینسون) استحکام فشاری افزایش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها

کامپوزیت‌های واکنشی؛ خواص فشاری؛ خواص حرارتی؛ آلیاژسازی مکانیکی

مراجع

1. Totten, G. E., MacKenzie, D. S., "Handbook of Aluminum: Vol. 1: Physical Metallurgy and Processes", CRC press, (2003).
2. Arpatappeh, F. A., Azghan, M. A. and Eslami-Farsani, R., "The Effect of Stacking Sequence of Basalt and Kevlar Fibers on the Charpy Impact Behavior of Hybrid Composites and Fiber Metal Laminates", Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science, 234, No. 16, pp. 3270-3279, (2020).
3. Xiong, W., Zhang, X., Tan, M., Liu, C. and Wu, X., "The energy release characteristics of shock-induced chemical reaction of Al/Ni composites", The Journal of Physical Chemistry C, 120, pp. 24551-24559, (2016).
4. Sun, T., Y. Zheng, Y., Yuan, Y. and H. Wang, H., "Impact-Initiation Sensitivity of High-Temperature PTFE-Al-W Reactive Materials", Crystals, Vol. 12, pp. 30-40, (2022).
5. Evans, A., San Marchi, C., and Mortensen, A., "Metal matrix composites in Metal Matrix Composites in Industry", Springer, pp. 9-38, (2003).
6. Wu, J. X., Fang, X., Gao, Z. R., Wang, H. X., Huang, J. Y., Wu, S. Z. and Li, Y.C., "Investigation on Mechanical Properties and Reaction Characteristics of Al-PTFE Composites with Different Al Particle Size", Advances in Materials Science and Engineering, 2018, pp. 10-18, (2018).
7. Jung, S.H., Lee, K., "Effect of Microstructure Control on Reaction Characteristics in Al/Ni Reactive Powder", The 4^th Research and Development Institute-2^nd Directorate, Daejeon, 34060, Korea, (2017).
8. Ren, H., Liu, X., and Ning, J., "Microstructure and mechanical properties of W-Zr reactive materials", Materials Science and Engineering: A, 660, pp. 205-212, (2016).
9. Huang, J., Fang, X., Li, Y., Wu, J., Song, J., "Mechanical and reaction properties of PTFE/Al/MnO₂ reactive materials at different strain rates", Mater, Vol. 7, pp. 50-58, (2018).
10. Wu, J. X., Fang, X., Gao, Z. R., Wang, H. X., Huang, J. Y., Wu, S. Z. and Li, Y.C., "Investigation on Mechanical Properties and Reaction Characteristics of Al-PTFE Composites with Different Al Particle Size", Advances in Materials Science and Engineering, 2018, pp. 10-18, (2018).
11. Hadjiafxenti, A., Gunduz, I. E., Tsotsos, C., Kyratsi, T., Doumanidis, C. C. and Rebholz, C., "Synthesis of Reactive Al/Ni Structures by Ball Milling", Intermetallics, 18, No. 11, pp. 2219-2223, (2010).
12. Benjamin, S, "Mechanical alloying—A perspective", Metal powder report, Vol. 45, Pp. 122-127, (1990).
13. Yadav, T. P., Yadav, R. M. and Singh, D. P., "Mechanical milling: a top down approach for the synthesis of nanomaterials and nanocomposites", Nanoscience and Nanotechnology, 2, pp. 22-48, (2012).
14. Florez-Zamora, M., "Comparative study of Al-Ni-Mo alloys obtained by mechanical alloying in different ball mills", Adv. Mater. Sci, Vol. 18, Pp. 301-304, (2008).
15. Hadjiafxenti, A., Gunduz, I., Kyratsi, T., Doumanidis, C. and Rebholz, C., "Exothermic Reaction Characteristics of Continuously Ball-Milled Al/Ni Powder Compacts", Vacuum, 96, pp. 73-78, (2013).
16. Huang, C., Chen, J., Bai, , Li, S., Tang, Y., Liu, X. and Ye, Y., "Enhancement of Energy Release Performance of Al–Ni Composites by Adding CuO", Journal of Alloys and Compounds, Vol. 835, pp. 155-271, (2020).
17. Naiborodenko, Y. S., Itin, V., Belozerov B. and Ushakov, V., "Phases and reactive-diffusion kinetics for mixed Al-Ni powders", Soviet Physics Journal, 16, pp. 1507-1511, (1973).
18. White, J. D., Reeves, R. V., Son, S. F. and Mukasyan, A. S., "Thermal explosion in Al− Ni system: influence of mechanical activation", The Journal of Physical Chemistry A, 113, pp. 13541-13547, (2009).
19. Gasparyan, A. and Shteinberg, A., "Macrokinetics of reaction and thermal explosion in Ni and Al powder mixtures", Combustion, Explosion and Shock Waves, 24, pp. 324-330, (1988).
20. Herbold, E. B., Jordan, J. L. and Thadhani, N., "Effects of processing and powder size on microstructure and reactivity in arrested reactive milled Al+ Ni", Acta materialia, 59, pp. 6717-6728, (2011).
21. Gunduz, I. E., Fadenberger, K., Kokonou, M., Rebholz, C. and Doumanidis, C. C., "Investigations on the self propagating reactions of nickel and aluminum multilayered foils", Applied Physics Letters, 93, pp. 134101, (2008).
22. Gunduz, I. E., Fadenberger, K., Kokonou, M., Rebholz, C., Doumanidis C. C. and Ando, T., "Modeling of the self-propagating reactions of nickel and aluminum multilayered foils", Journal of Applied Physics, 105, pp. 074903, (2009).
23. Peng, J., Chen, Y., Yuan, B. and Jin, C., "A study of impact energy release mechanism and reactive characteristic of Ni-Al-W reactive material fragments", Journal of Physics: Conference Series, 1507, pp. 26-32, (2020).