توسعه کامپوزیت ریختگی آلومینیم- آلومینای درجا توسط واکنش آلومینوترمی پودر فعال آلومینیم- اکسید روی

کامپوزیت های زمینه فلزی دسته ای از مواد پیشرفته مهندسی هستند که بدلیل خواص منحصر به فردشان، کاربردهای مختلفی در صنایع مختلف پیدا کرده اند. این مواد از یک زمینه فلزی و یک فاز تقویت کنند? معمولاً سرامیکی تشکیل می شوند. از بین فلزات متداول، آلومینیم و آلیاژهای آن بیشترین کاربرد را بعنوان زمینه کامپوزیت ها پیدا کرده اند و امروزه کامپوزیت های زمینه آلومینیم حاوی تقویت کننده های مختلف تولید می شوند. در این پژوهش یک نوع کامپوزیت آلومینیم- آلومینای ذره ای درجا در حالت مذاب، به روش تزریق پودر فعال توسعه داده شد. به این منظور ابتدا مخلوطی از پودر آلومینیم و اکسید روی در آسیاب گلوله ای پرانرژی فعال و سپس با هدف انجام واکنش آلومینوترمی تولید تقویت کننده درجا به مذاب تزریق شد. برای فعال کردن، مخلوط پودری آلومینیم و اکسید روی به مدت زمان های مختلف فعال و با پراش پرتو ایکس بررسی شد. نتایج نشان داد که در شرایط فعال سازی اعمال شده در زمان های طولانی تر از 60 دقیقه واکنش در محفظه آسیاب آغاز گردید. آنالیز حرارتی پودر فعال شده و فعال نشده نشان داد که دمای شروع واکنش از حدود 1008 درجه سانتیگراد برای پودر فعال نشده به حدود 563 درجه سانتیگراد برای پودر فعال شده به مدت 60 دقیقه کاهش یافت. با استفاده از نمودار های آنالیز حرارتی، معادلات حاکم حل و مکانیزم واکنش و انرژی اکتیواسیون آن تعیین شد. مکانیزم انجام واکنش از نوع کنترل شونده از طریق مرز فازی بود و انرژی اکتیواسیون آن با فعال سازی به مدت 60 دقیقه بیش از 7 برابر کاهش یافت. همچنین نسبت آلومینیم به اکسید روی نیز در فرایند فعال سازی بررسی و مخلوط اکسید روی- 40% آلومینیم بهینه تشخیص داده شد. پس از تزریق پودر فعال به عمق مذاب، دوغاب کامپوزیتی حاصل تحت فشار در یک سیستم ریخته گری کوبشی منجمد شد. ریزساختار نمونه های کامپوزیتی ریختگی به صورت کیفی و کمی ارزیابی و مشاهده گردید ذرات آلومینا در اثر واکنش درجا در زمینه پراکنده شده اند. مکانیزم غالب توزیع ذرات در زمینه بصورت تجمع در بین بازوهای دندریتی، یعنی به دام افتادن بود. همچنین نتایج نشان داد که متوسط اندازه ذرات تقویت کننده با افزایش دمای مذاب و افزایش مقدار آلومینیم در پودر فعال کاهش یافته است، اما ضریب شکل تغییر محسوسی نکرد. به طور میانگین بیشتر از 75% ذرات تقویت کننده ابعادی کمتر از ?m 1/0 داشتند. این مشاهدات بر اساس تغییر سرعت واکنش و فاصله میانگین ذرات اکسید روی در پودر فعال تزریق شده توجیه شد. افزایش مقدار پودر فعال اضافه شده به مذاب تغییر قابل توجهی در اندازه و ضریب شکل ذرات تقویت کننده ایجاد نکرد. خواص مکانیکی نمونه های کامپوزیتی با نمونه غیر کامپوزیتی متناظر آن مقایسه و نتایج نشان داد برای تمامی شرایط استحکام فشاری و کششی و سختی نمونه کامپوزیتی افزایش و درصد افزایش طول کاهش یافت.