ساخت کامپوزیت زمینه آلومینیمی تقویت شده با نانوذرات al2o3 و zro2 و ارزیابی خواص آن

آلیاژهای آلومینیومی تقویت شده با نانوذرات سرامیکی به عنوان موادی پیشرفته، با قابلیت و عملکرد مکانیکی بالا شناخته می شوند. خواص عالی این کامپوزیت ها شامل نسبت استحکام و سفتی به وزن بالا، خواص سایشی بالا، خواص مکانیکی قابل قبول و هدایت حرارتی خوب، می باشد. پژوهش حاضر بر روی کامپوزیت زمینه آلومینیوم-سیلیسیم متمرکز گردیده است. بدین منظور از آلیاژ آلومینیم f332 به عنوان زمینه و از درصدهای مختلف نانوذرات سرامیکی al2o3 و zro2 با مجموع 2 درصد وزنی جهت استحکام بخشی استفاده شده است. این آلیاژ به دلیل خواص ریخته گری عالی، انتقال حرارت بالا، خواص سایشی بسیار خوب، ضریب انبساط حرارتی اندک و امکان انجام عملیات حرارتی برای رسیدن به مقدار بهینه استحکام و شکل پذیری، در صنایع اتومبیل سازی کاربرد فراوان دارد. به منظور تولید کامپوزیت ها از تکنیک ریخته گری اغتشاشی استفاده گردید. همچنین نمونه های تولید شده تحت عملیات حرارتی t6، شامل مرحله انحلال و پیرسازی مصنوعی در سه زمان مختلف 7، 8 و 9 ساعت، قرار گرفتند تا خواص مکانیکی در حالت ریختگی و عملیات حرارتی شده بررسی شود. به منظور ارزیابی تأثیر پارامترهای مختلف بر خواص نمونه ها، تست های مکانیکی سختی سنجی، کشش و سایش بر روی نمونه ها انجام شد. نتایج نشان داد که بیشینه استحکام کششی آلیاژ عملیات حرارتی شده حاوی 25/1 درصد وزنی zro2 و 75/0 درصد وزنی al2o3 به میزان 27 درصد نسبت به آلیاژ پایه افزایش یافته است. همچنین کاهش 40 درصدی در مقادیر ثابت سایش با عملیات پیرسازی به مدت 9 ساعت بدست آمده است. بالاترین مقاومت سایشی در نمونه عملیات حرارتی شده به مدت 9 ساعت حاوی 5/1 درصد وزنی zro2 و 5/0درصد وزنی al2o3 مشاهده شد که کاهش 78 درصدی در مقدار ثابت سایش را نسبت به نمونه ریختگی فاقد نانوذرات نشان داد. با هدف ارزیابی رفتار شکست نانوکامپوزیت، مقاطع شکست نمونه های تست کشش توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که افزایش مقادیر نانوذرات آلومینا نسبت به زیرکونیا موجب کاهش خواص مکانیکی ماده می شود که می توان این امر را به توزیع غیریکنواخت ذرات، ترشوندگی کم آلومینا، آگلومره شدن آن و ایجاد تخلخل نسبت داد. همچنین رفتار شکست عمدتاً بصورت ترد و تابع شکست آلیاژ زمینه بوده است. مکانیزم عمده سایش که در نانوکامپوزیتهای تولید شده مشاهده شد شامل شکست ذرات و بیرون آمدن آنها از زمینه، ایجاد ترکها در نواحی بین دندریتی یوتکتیک سیلیسیم و کنده شدن لایه ای ماده از سطح می باشد.