تاثیر افزودن نانوصفحات دی سولفید تنگستن بر روی ریزساختار و خواص سایشی آلیاژ Al-8Si-3Cu-2Zn تولید شده به روش متالورژی پودر

مهندسی متالورژی و مواد

مقاله 5، دوره 35، شماره 4 - شماره پیاپی 36، بهمن 1403، صفحه 95-106   

نوع مقاله: علمی و پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jmme.2024.85890.1134

نویسنده

محمد علی پور^*

گروه مهندسی مواد، دانشکده مکانیک، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

چکیده

در این تحقیق به‌بررسی خواص مکانیکی (میکروسختی و سایش) نانو‌کامپوزیت‌های با زمینه Al-8Si-3Cu-2Zn به‌همراه درصدهای وزنی 0، 2 و5 درصد وزنی از نانوصفحات دی سولفید تنگستن پرداخته شده است. نانوکامپوزیت مورد بررسی از طریق روش آسیای مکانیکی و پرس گرم تحت دمای 510 درجه سانتی گراد تولید شده است. ریز‌ساختارهای پودر ها قبل و بعد از آسیای مکانیکی و نمونه های تف جوشی شده از طریق میکروسکوپ الکترونی (SEM) مورد مطالعه قرار گرفت. با بررسی سطوح ساییده شده پس از تست سایش توسط میکروسکوپ الکترونی علت کاهش وزن مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان می‌دهند که با افزودن نانوصفحات دی سولفید تنگستن تا 5 درصد وزنی، میکروسختی نمونه‌ها بیش از دو برابر افزایش پیدا می‌کند و از 50 ویکرز برای Al-8Si-3Cu-2Zn به 101 ویکرز برای نانوکامپوزیت Al-8Si-3Cu-2Zn -5%WS2 می‌رسد. با توجه به نتایج تست‌های سایش نرخ سایش برای Al-8Si-3Cu-2Zn -5%WS2 به ترتیب به مقدار 32 درصد نسبت به زمینه آلیاژی Al-8Si-3Cu-2Zn کاهش پیدا کند. بنابراین از نانوکامپوزیت Al-8Si-3Cu-2Zn -5%WS2 می‌توان به عنوان یک نانوکامپوزیت خود روانکار با خواص سایشی مطلوب استفاده کرد.

کلیدواژه‌ها

نانو کامپوزیت زمینه آلومینیومی؛ خواص مکانیکی؛ نرخ سایش؛ پرس گرم

مراجع

[1] A.B. Elshalakany, T.A. Osman, A. Khattab, B. Azzam, M. Zaki, “Microstructure and mechanical properties of MWCNTs reinforced A356 aluminum alloys cast nanocomposites fabricated by using a combination of rheocasting and squeeze casting techniques,” Journal of Nanomaterials, vol. 2014, pp. 1-10, 2014.

[2] X.D. Liu, S.A. Jia, L. Nastac, “Ultrasonic cavitation-assisted molten metal processing of cast A356-nanocomposites,” International Journal of Metalcasting, vol. 8, no. 3, pp. 51–58, 2014.

[3] Omyma El-Kady, A. Fathy, “Effect of SiC particle size on the physical and mechanical properties of extruded Al matrix nanocomposites,” Materials and Design, vol. 54, pp. 348-353, 2014.

[4] Yang Xuan, Laurentiu Nastac, “The role of ultrasonic cavitation in refining the microstructure of aluminum based nanocomposites during the solidification process,” Ultrasonics, vol. 83, pp. 94–102, 2018.

[5] S. Ahmadifard, A. Heidarpour, S. Kazemi, “The effects of Pass number and Nano-Size ZrO2 powder on the Mechanical, Microstructure and Wear behavior in Friction Stir Welding of the Al-5083,” Modares Mechanical Engineering, vol. 18, no. 3, pp. 219-227, 2018.

[6] P.K. Dinesh Kumar, S. Darius Gnanaraj, “Studies on Al-Si based hybrid aluminium metal matrix nanocomposites,” Materials Today Communications, vol. 38, p. 108132, 2024.

[7] S. Kiani, S. Ehsan Mirsalehi, “Friction stir additive manufacturing of B4C and graphene reinforced aluminum matrix hybrid nanocomposites using consumable pins,” Journal of Materials Research and Technology, vol. 28, pp. 1094-1110, 2024.

[8] S.S. Mirian Mehrian, F. Khodabakhshi, M. Rahsepar, M. Mohammadi, A.P. Gerlich, “Electrochemical corrosion characteristics of friction stir-reacted aluminum matrix hybrid nanocomposites,” Journal of Materials Research and Technology, vol. 28, pp. 1924-1940, 2024.

[9] P. Raj, P.L. Biju, B. Deepanraj, N. Menachery, “A systematic review on characterization of hybrid aluminium nanocomposites,” Materials Today: Proceedings, vol. 72, no. 4, pp. 2139-2150, 2023.

 [10] J.J.S. Dilip, M. Koilraj, V. Sundareswaren, G.D. Janaki Ram, S.R. Koteswara Rao, “Microstructural characterization of dissimilar friction stir welds between AA2219 and AA5083,” Transactions of the Indian Institute of Metals, vol. 63, no. 3, pp. 757–764, 2010.

[11] R. Abedinzadeh, E. Norouzi, D. Toghraie, “Study on machining characteristics of SiC–Al2O3 reinforced aluminum hybrid nanocomposite in conventional and laser-assisted turning,” Ceramics International, vol. 48, pp. 29205-29216, 2022.

[12] S. Ozkaya, A. Canakci, “Effect of the B4C content and the milling time on the synthesis, consolidation and mechanical properties of AlCuMg-B4C nanocomposites synthesized by mechanical milling,” Powder Technology, vol. 297, pp. 8-16, 2016.

[13] G.S.P. Kumar, P.G. Koppad, R. Keshavamurth, M. Alipour, “Microstructure and mechanical behaviour of in situ fabricated AA6061–TiC metal matrix composites,” Archives of Civil and Mechanical Engineering, vol. 17, pp. 535-544, 2017.

[14] A. Fathy, A. Abu-Oqail, A. Wagih, “Improved mechanical and wear properties of hybrid Al-Al2O3/GNPs electro-less coated Ni nanocomposite,” Ceramics International, vol. 44, pp. 22135-22145, 2018.

[15] Z. Lu, Z. Cao, E. Hu, K. Hu, X. Hu, “Preparation and tribological properties of WS2 and WS2/TiO2 nanoparticles,” Tribology International, vol. 130, pp. 308-316, 2019.

[16] R. M, N. VB, Walker J, Zekonyte J, “Mechanism of action of WS2 lubricant nanoadditives in high-pressure contacts,” Tribology Letters, vol. 52, pp. 81−91, 2013.

[17] Yu-Yang Gao, Feng Qiu, Shu-Li Shu, “Mechanical properties and abrasive wear behaviors of in situ nano-TiCx/Al–Zn–Mg–Cu composites fabricated by combustion synthesis and hot press consolidation,” Archives of Civil and Mechanical Engineering, vol. 16, pp. 179-187, 2019.

[18] M. Jafari, M.H. Abbasi, M.H. Enayati, F. Karimzadeh, “Mechanical properties of nanostructured Al2024–MWCNT composite prepared by optimized mechanical milling and hot pressing methods,” Advanced Powder Technology, vol. 23, pp. 205–210, 2012.

[19] A. Alizadeh, M. Maleki, A. Abdollahi, “Preparation of super-high strength nanostructured B4C reinforced Al-2Cu aluminum alloy matrix composites by mechanical milling and hot press method: Microstructural, mechanical and tribological characterization,” Advanced Powder Technology, vol. 28, pp. 3274-3287, 2017.

[20] A. Zolriasatein, R. Khosroshahi, M. Emamy, N. Nemati, “Mechanical and wear properties of Al-Al3Mg2 nanocomposites prepared by mechanical milling and hot pressing,” International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials, vol. 20, pp. 290-297, 2013.

[21] P.G. Koppad, H.R.A. Ram, C.S. Ramesh, K.T. Kashyap, R.G. Koppad, “On thermal and electrical properties of multiwalled carbon nanotubes/copper matrix nanocomposites,” Journal of Alloys and Compounds, vol. 580, pp. 527-532, 2013.

[22] S.E. Shin, H.J. Choi, J.H. Shin, D.H. Bae, “Strengthening behavior of few-layered graphene/aluminum composites,” Carbon, vol. 82, pp. 143-151, 2015.

[23] F. Mokdad, D. Chen, Z. Liu, B. Xiao, D. Ni, Z. Ma, “Deformation and strengthening mechanisms of a carbon nanotube reinforced aluminum composite,” Carbon, vol. 104, pp. 64-77, 2016.

[24] N. Hosseini, F. Karimzadeh, M.H. Abbasi, M.H. Enayati, “A comparative study on the wear properties of coarse-grained Al6061 alloy and nanostructured Al6061–Al2O3 composites,” Tribology International, vol. 54, pp. 58–67, 2012.

[25] I. Manivannan, S. Ranganathan, S. Gopalakannan, “Tribological and surface behavior of Silicon carbide reinforced aluminum matrix nanocomposite,” Surfaces and Interfaces, vol. 8, pp. 127-136, 2017.

[26] E. Mohammad Sharifi, F. Karimzadeh, M.H. Enayati, “Fabrication and evaluation of mechanical and tribological properties of boron carbide reinforced aluminum matrix nanocomposites,” Materials and Design, vol. 32, pp. 3263–3271, 2011.