بهبود خواص مکانیکی و رفتار تریبولوژیکی آلیاژ al6061توسط نانوکامپوزیت هیبریدی توسعه یافته با استفاده از فرایند اصطکاکی اغتشاشی

در پروژه حاضر با استفاده از فرایند اصطکاکی اغتشاشی(fsp) نانوکامپوزیت هیبریدی با ذرات تقویت کننده در سیستم al-cr-o بر سطح آلیاژ al6061 به صورت درجا ایجاد و خواص مکانیکی، رفتار تریبولوژیکی و نیز تغییرات ساختاری آن بررسی شد. به منظور رفع معایب روش های متداول در تولید نانوکامپوزیت‏های سطحی با استفاده از فرایند اصطکاکی اغتشاشی، در این پروژه از ایده جدیدی جهت ایجاد ذرات تقویت کننده به صورت درجا استفاده شد. بر این اساس پودر اکسید کروم توسط فرایند پاشش پلاسمایی اتمسفری بر سطح آلیاژ al6061 پاشیده‏شد و سپس فرایند اصطکاکی اغتشاشی بر سطح آن انجام گرفت. به منظور بهینه سازی پارامترهای فرایند، بررسی های ریزساختاری و خواص مکانیکی نمونه های آلومینیومی بدون تقویت‏کننده انجام گرفت و پارامترهای بهینه فرایند شامل سرعت چرخش (?)و سرعت پیشروی (v) ابزار به ترتیب rpm630، mm/min100 بدست آمد. بررسی‏های ریزساختار ناحیه فرایند شده در فلز بدون تقویت‏کننده توسط میکروسکوپ نوری انجام شد. به منظور مقایسه اثر فرایند اصطکاکی اغتشاشی بر خواص مکانیکی و خواص تریبولوژیکی، آزمون ریزسختی، کشش و سایش روی نمونه‏های فلز پایه، نمونه fsp شده بدون ذرات تقویت‏کننده و نانوکامپوزیت تولید شده انجام گرفت. ارزیابی مکانیزم‏های سایش با بررسی سطح و محصولات سایش توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem) انجام شد. ریز‏ساختار نانوکامپوزیت تولید شده توسطsem و میکروسکوپ الکترونی عبوری (tem) مورد ارزیابی قرار گرفت. همچنین به منظور تعیین فازهای موجود در ساختار کامپوزیت از آنالیز پراش پرتوایکس (xrd) و طیف سنج اشعه ایکس (eds)استفاده شد.آنالیز کمی فازهای موجود در نانوکامپوزیت توسط روش نسبت شیب‏ها انجام شد و مقدار هر یک از فازها در ساختار مشخص شد. بررسی های ریزساختاری نمونه‏های بدون پوشش پس از فرایند fsp نشان داد که دانه های هم محور ریزی در منطقه اغتشاش حاصل شده و اندازه دانه‏ها در این ناحیه از ?m 78 (فلز پایه) به ?m 6 رسیده‏است. همچنین بررسی ها نشان داد که در صورتی که باشد، به دلیل حرارت ورودی کم حفرات میکروسکوپی ناشی از عدم پر شدن اثر پین در قطعات ایجاد می شود. در ادامه پس از اعمال پوشش اکسید کروم به ضخامت ?m 150 و اعمال فرایند fsp در سه پاس اول، اکسید کروم توسط آلومینیوم احیا شد و اکسید آلومینیوم و کروم بر سطح آلیاژ al6061 تشکیل شدند. در ادامه با اعمال پاس‏های بعدی فرایند بر روی نمونه‏ها، ترکیبات بین فلزی al13cr2 و al11cr2 در اثر واکنش بین کروم و آلومینیوم تشکیل شدند. بررسی‏های ریزساختاری توسط tem نشان‏دهنده نانومتری بودن ذرات تقویت‏کننده است. سختی بیشینه برای نمونه های فلز پایه، نمونه فرایند شده بدون پوشش و نمونه نانوکامپوزیتی بعد از شش پاس فرایند به ترتیب 97، 68 و 147 ویکرز بدست‏آمد. در اثر اعمال شش پاس فرایند اصطکاکی اغتشاشی، استحکام کششی نهایی از مقدار 324 مگاپاسکال برای آلومینیوم خالص تا 518 مگاپاسکال برای نمونه نانوکامپوزیتی افزایش یافت. بررسی نتایج سایش نشان داد که نرخ سایش برای فلز پایه، نمونه فرایند شده بدون تقویت‏کننده و نمونه نانوکامپوزیت سطحی به ترتیب 0255/0، 037/0 و 0055/0 میلی گرم بر متر بدست آمد. همان‏طور که ملاحظه می‏شود نرخ سایش نمونه al6061 فرایند شده حتی نسبت به نمونه فرایند نشده هم کمتر است علت این امر حل شدن بخشی از رسوبات استحکام‏بخش در اثر فرایند fsp است.