تأثیر اندازه ذرات SiC بر ریزساختار و خواص کامپوزیت های تابعی Al-SiC تهیه شده از روش انباشت پودری

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد دانشکده تحصیلات تکمیلی دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران جنوب

2 استاد دانشکده مهندسی متالورژی و مواد دانشگاه تهران

چکیده

در این پژوهش از روش انباشت لایه های پودری برای ساخت کامپوزیت های تابعی Al-SiC استفاده شده است. به این منظور از پودر Al خالص تجارتی با اندازه متوسط 120 میکرومتر به عنوان زمینه و از ذرات کاربید سیلیسیم در سه اندازه 50، 125 و 165 میکرومتر به عنوان فاز تقویت کننده استفاده شد. ابتدا درصد معینی از پودر SiC با اندازه ذرات معین با پودر آلومینیم مخلوط شد تا توزیع یکنواختی در پودر Al از روش مخلوط‌سازی تر (الکل) حاصل شود. سپس مخلوط های پودری حاوی 0، 5، 10، 15 و 20 درصد کاربید سیلیسیم در داخل قالب روی هم انباشته شدند و در فشار MPa 750 پرس شده و سپس در دمای 675 درجه سانتی گراد در کوره لوله ای به مدت یک ساعت سینتر شدند. نمونه های استوانه ای شکل پس از برشکاری از مرکز و در راستای ارتفاع، سمباده‌زنی و صیقل کاری، تحت آزمون‌های متالوگرافی (میکروسکوپ نوری) و سختی سنجی (سختی برینل) قرار گرفتند. همچنین چگالی نمونه‌ها از روش ارشمیدش اندازه گیری شد. نتایج نشان داده اند که با استفاده از ذرات SiC با اندازه ریز، نمونه تابعی با شیب ملایم سختی و تخلخل حاصل شده است. در ضمن در این نمونه ها با ریز شدن ذرات SiC تخلخل کاهش می یابد و به درصد SiC ارتباط دارد. در ضمن چگونگی توزیع ذرات SiC و سختی تابع اندازه ذرات SiC است. 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Effect of SiC particle size on the microstructure and properties of functionally graded Al-SiC composites produced via powder stacking method

نویسندگان [English]

  • Atefeh Noohi 1
  • Farshad Akhlaghi 2
چکیده [English]

In the present investigation powder stacking method was used for preparation of functionally graded Al-SiC composites. Commercially pure Al powder with the average size of 120  and SiC particels (with three average sizes of 50, 125 and 165 ) were used as the matrix and reinforcing phases respectively. Specified amounts of SiC and Al powder were mixed with each other via wet mixing using alcohol. Then the powder mixtures containing 0, 10, 15 and 20 vol.% of SiC particles were stacked on each other in a steel die, pressed at 750 Mpa and sintered in a tube furnace at 675  for 60 min. The cylindrical composite samples were sectioned along their height through their center line, grinded, polished and subjected to metallographic studies (via light microscopy) and Brinel hardness testing. Also their densities were quantified via Archemedos method. The results confirmed that by using fine SiC particles, Al-SiC composites with a smooth gradient of SiC concentration and porosity level along the height of the samples was achieved. The decreased size of SiC particles resulted in the decreased overall porosity of the samples which also depended on the concentration of SiC particles. The size of SiC particles affected both the hardness and distribution of particles in the samples.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Functionally Graded Materials (FGMs)
  • Al-SiC composites
  • stacking powder method
  • Sintering
  • Porosity

[1]    A. Kawasaki and R. Watanabe, “Concept and P/M fabrication of functionally gradient materials”, Ceramics International 23, 1997, 73.

[2]    J. Ma, G.E.B. Tan, “Processing and Characrerization of Metal-Ceramics Functionally Gradient Materials”, Journal of Materials Processing Thecnology, 113, 2001, 446-449.

[3]    J.Q. Li, X.R. Zeng, J.N. Tang, P. Xiao,“ Fabrication and thermal properties of a YSZ–NiCr joint with an interlayer of YSZ–NiCr functionally graded material”, Journal of the European Ceramic Society, 23, 2003, 1847–1853.

[4]    G. Jin, M. Takeuchi, S. Honda, T. Nishikawa, H. Awaji, “Properties of multilayered mullite/Mo functionally graded materials fabricated by powder metallurgy processing”, Materials Chemistry and Physics, 89, 2005, 238–243.

[5]    C.-Y. Lin, C. Bathias, H. B. McShane, and R. D. Rawlings, “Production of silicon carbide alloy functionally graded materials by mechanical powder metallurgy technique”,Powder Metallurgy, 1999, Vol. 42 No. 1.

[6]    U. Watanabe, S. Oike, “Formation Mechanism Of Graded Composition In Al-  Functionally Graded Materilas Fabricated By centrifugal In Situ Method”, ActaMaterialia, 53, 2005, 1631-1641.

[7]    ع.الف. اویسی، ف. اخلاقی، "ساخت و بررسی ریز ساختار کامپوزیت درجا Al/Siبا تغییرات تدریجی در ترکیب"،  همایش ملی مواد نو، تهران، پژوهشگاه مواد و انرژی، 1387.

[8]    D. Asmi, I.M. Low, “Infiltration and Physical characrtistics of functionally graded alumina/calcium-hexaaluminate composites”, Journal of Materials Processing Technology, 118, 2001, 225-230.

[9]    م. ح. شجاعی فرد، د. هاشم پور، "طراحی دستگاه پودر پاشی به روش اسپری پلاسما جهت ساخت مواد به صورت تابعی مدرج (FGM)"،  دومین کنفرانس ملی مهندسی ساخت و تولید، دانشگاه آزاد اسلامی واحد نجف آباد، 1388.

[10]Zh. Zhou, Sh. Song, W. Yao, G. Pintsuk, J. Linke, Sh. Guo, Ch. Ge, “Fabrication Of Thik W Coating By Atmospheric Plasma Spraying And Their Transient High Heat Loading Performance”, Fusion Engineering And Design, 85, 2010, 1720-1723.

[11]B. Kieback, A. Neubrand , H. Riedel, “Processing techniques for functionally graded materials”, Materials Science and Engineering, 362, 2003, 81–105.

[12]L.D. Teng, F.M. Wang, W.C. Li, “Thermodynamics and microstructure of  metal–ceramic functionally graded materials”, Materials Science and Engineering, A293, 2000, 130–136.

[13]U. Yildirim, “Investigation of Quasi-Static And Dynamic Mechanical Properties of Functionally Graded Sic-Particulate Reinforced Aluminium Metal Matrix Composites”, A Dissertation Submitted to the Graduate School in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Master Of  Science,2004, 4-12.

[14]J. Zhu, Z. Lai, Z. Yin, J. Jeon, S. Lee, “Fabrication of functionally graded material by powder metallurgy”, Materials Chemistry and Physics, 68, 2001, 130–135.

[15]C. Colin, L. Durant., N. Favrot, J. Besson, G. Barbier, F. Delannay, “Processing of Functional Gradient WC-Co Cermets by Powder Metallurgy”, Int. J. Refractory Metals And Hard Materials, 12, 1993-1994, 145-152.

[16]R. Watanabe, A. Kawasaki, M. Tanaka, J. Li, “ Fabrication of  SiC-AlN/Mo Functionally Gradient  Material for High Temperature Use”, Int. J. Refractory Metals And Hard Materials, 12, 1993-1994, 187-193.

[17]J. C. Zhu, S. Y. Lee, Z. D. Yin' and Z. H. Laf, “Mechanical Performance of  Functionally Graded Material by Powder Metallurgy”, Functionally Graded Materials,1996, 203-208.

[18]H. Tao, CH. Deng, L. Zhang, R. Yung,“Fabrication of  Composites And FGM”, J. Mater. Sci. Technol, 17, 6, 2001, 646-648.

[19]J. G. Yeo, Y. Gil Jung, S. C Choi, “Design and microstructure of  functionally graded materials by tape casting”,Materials Letters,  37, 1998, 304–311.

[20]S-Y. Ho, A. Kotousov, P. Nguyen, “Slurry Spray and Sintering Method for Fabricating FGM (Functionally Graded Material) Thermal Barrier Coatings”,School of Mechanical Engineering The University of Adelaide Adelaide, SA 5000 Australia, 2008

[21]س. یحیی زاده، ج. وحدتی خاکی، ع. کیانی رشید. "تولید قطعه آلومینایی با تخلخل  گرادیانی (FGM) با استفاده از مواد کربنی از بین رونده به کمک روش ریخته گری دوغابی" همایش ملی مهندسی مواد، 1391.

[22]A.J. Ruys , E.B. Popov, D. Sun, J.J. Russell, C.C.J. Murray,“Functionallygraded electrical/thermal ceramic systems”,Journal of the European Ceramic Society, 21, 2001, 2025–2029.

[23]L. Jaworska a, b, M. Rozmus a, B. Królicka a, A. Twardowska b, “Functionally graded cermets”, Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering, 17, 2006, 73-76.

[24]ح.توسلی،ن.طلوعفرخ،ج.وحدتیخاکی،م.بیهقی،ا.ظهوروحیدکریمی،"کنترلمیزانوتوزیعگرادیانیترکیبدرمواد FGMتولیدشدهازطریق سانتریفوژذراتجامد"،  چهارمین همایش مشترک انجمن مهندسین متالورژی و جامعه علمی ریخته گری ایران، تهران، دانشگاه علم و صنعت ایران، انجمن علمی ریخته گری ایران، 1389،  4123-4133.

[25]S. Put, J. Vleugels, O. Van der Biest, “Microstructural engineering of functionally graded materials by electrophoretic deposition”,Journal of Materials ProcessingTechnology,  143–144 , 2003,572–577.