بررسی ریزساختار و خواص مکانیکی نانوکامپوزیت هیبریدی Al/CNT-SiCW تولید شده به روش پرس گرم

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 عضو هیئت علمی گروه مواد دانشگاه بین المللی امام خمینی

2 فارغ التحصیل کارشناسی ارشد گروه مواد دانشگاه بین المللی امام خمینی

چکیده

هدف پژوهش حاضر بررسی خواص مکانیکی و ریزساختار نانوکامپوزیت هیبریدی آلومینیم تقویت شده با نانولوله کربن (CNT) و ویسکر کاربید سیلیسیم (SiCW) تولید شده به‌وسیله فرآیند پرس گرم می‌باشد. جهت تولید نانوکامپوزیت از درصدهای مختلفی از مقاوم‌سازهای نانولوله کربن و ویسکر کاربید سیلیسیم (5- 0 درصد وزنی) با نسبت مساوی استفاده شد. برای توزیع تقویت‌کننده‌ها، پودر آلومینیم و تقویت‌کننده‌ها در آسیای گلوله‌ای ‏ماهواره‌ای با سرعت ‏rpm‏120 به مدت یک ساعت آسیا و سپس نمونه‌ها تحت ‌فشار ‏MPa‏500 و ‏دمای ‏C‏° 550 در زمان‌ پرس گرم 45 دقیقه تولید شدند. به‌منظور بررسی اثر درصد تقویت‌کننده‌ها، سختی، چگالی، استحکام تسلیم و استحکام فشاری نمونه‌ها اندازه‌گیری شد. ‏ریزساختار نمونه‌ها نیز با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل ‏میدانی (‏FESEM‏) مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج پژوهش نشان داد که در درصدهای پایین مقاوم‌ساز، با افزایش مقدار مقاوم‌ساز خواص مکانیکی افزایش می‌یابد ولی در مقادیر بالای مقاوم‌ساز (بیش از 1 درصد) با افزایش میزان مقاوم‌ساز به دلیل پدیده آگلومره شدن نانولوله کربن و عدم توزیع مناسب ویسکر کاربید سیلیسیم خواص ‏مکانیکی افت می‌کند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Microstructural and mechanical characterization of Al/CNT-SiCW hybrid nano-composite prepared by hot pressing

چکیده [English]

The aim of current research was to examine the microstructure and mechanical properties of Aluminium matrix hybrid nano-composite reinforced with carbon nanotube (CNT) and silicon carbide whisker (SiCW) prepared by hot pressing. Hybrid nano-composites were fabricated with different amount of CNT and SiCW (0-5 weight percent) in equal proportion. In order to distribute the reinforcements, Al powder and the reinforcements were mixed in a planetary ball mill with a speed of 120 rpm for one hour, and then compressed samples were produced under the pressure of 500 MPa at 550ºC for 45 minutes. Followed by composite fabrication, Vickers microhardness and compressive strength test were performed and microstructural observations were undertaken using field emission scanning electron microscopy (FESEM). The results showed that by increasing the amount of reinforcements up to 1 percent, mechanical properties of nano-composites increase; while, by increasing the amount of reinforcements from 1 to 5 percent, mechanical properties of nano-composites decrease due to the agglomeration of CNTs and non-uniform dispersion of SiCW.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Nano-composite
  • Aluminium
  • Carbon nano-tube
  • Silicon carbide whisker
  • Hot-press
[1] Suryanarayana, C., Al- Aqeeli, N., “Mechanically alloyed nanocomposites”, Progress in Materials Science, Vol. 58, pp. 383-502, 2012.

[2] کبریائی، امیر،میردامادی،شمس­الدین،ثقفیان،حسن،"بررسیاثرعملیاتحرارتیبرخواصتریبولوژیکی و مکانیکیکامپوزیت AA8090/6%SiCp"، فصلنامه علمی پژوهشی فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، سال هشتم، شماره چهارم، صفحه 39-53، 1393.

[3]شریفی، حسن، رضوی، سید محمد، "تولید درجا پودر کامپوزیتی کبالت-کاربید وانادیم از مواد اولیه Co3O4-V2O5-C-Mg به روش MASHS توسط واکنش منیزیوترمیک"، نشریه مهندسیمتالورژی،دوره 18، شماره 59،صفحه 44-50، 1394.

[4]Liao,J.Z., Tan, M.J., Sridhar, I., “Spark plasma sintered multi-wall carbon nanotube reinforced aluminum matrix composites”, Materials & Design, Vol. 31pp. 96-100, 2010.

[5] Koltsova, T., Shakhov, F., Voznyakovskc, A., Lyashkov, A., Tolochko, O., Nasibulin, A., Rudskoi, A., Mikhailov, V., “Fabrication of a compacted aluminum-carbon nanofiber material by hot pressing”, Technical Physics,Vol. 59, pp. 1626-1630, 2014.

[6] Liu, Z.Y., Xiao, B.L., Wang, W.G., Ma,Z.Y., “Singly dispersed carbon nanotube/aluminum composites fabricated by powder metallurgy combined with friction stir processing”, Carbon Vol. 50, pp.1843-1852, 2012.

[7] ریخته­گر،فرشید، شبستری،سعید،ثقفیان، حسن،"بررسیمکانیزمتوزیعنانوتیوب­هایکربندرزمینهآلومینیمطیفرآیندساختنانوکامپوزیت Al-CNT بهروشتر"، نشریه مهندسیمتالورژی، دوره 17، شماره 56، صفحه 4-10، 1393.

[8] Ivanov, V., Nagy, J., Lambin, P., Lucas, A., Zhang, X., Zhang, X., Bernaerts, D., Van Tendeloo, G., Amelinckx, S., Van Landuyt, J., “The study of carbon nanotubules produced by catalytic method”, Chemical Physics Letters, Vol. 223, 1994, pp. 329-335.

[9] عبداللهپور،حسن، "کامپوزیتهایزمینهفلزی"،انتشاراتدانشگاهسمنان،چاپاول، 1392.

[10] Noguchi, T., Magario, A., Fukazawa, S., Shimizu, S., Beppu, J., Seki, M., “Carbon nanotube/aluminium composites with uniform dispersion”, Materials Transactions, Vol. 45, pp. 602-604, 2004.

[11] نوحی،عاطفه،اخلاقی،فرشاد،"تأثیر اندازه ذرات SiC بر ریزساختار و خواص کامپوزیت های تابعی Al-SiC تهیه شده از روش انباشت پودری"، نشریه مهندسیمتالورژی، دوره 18، شماره 57، صفحه 3-15، 1394.

[12] Teng, L.D., Wang, F.M., Li, W.C., “Thermodynamics and microstructure of Ti-ZrO2 metal–ceramic functionally graded materials”, Materials Science and Engineering A, Vol. 293, pp. 130-136, 2000.

[13] Ramezani, M., Neitzert, T., “Mechanical milling of aluminum powder using planetary ball milling process”, Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering, Vol 55,pp. 790-798, 2012.

[14] Bakshi, S., Lahiri, D., Agarwal, A., “Carbon nanotube reinforced metal matrix composites-a review”. International Materials Reviews, Vol. 55, pp. 41-64, 2012.

[15] Zhang, X.N., Geng, L., Wang,G.S., “Fabrication of Al-based hybrid composites reinforced with SiC whiskers and SiC nanoparticles by squeeze casting”, Journal of Materials Processing Technology, Vol. 176, pp. 146–151, 2006.

[16] شهردمی، لیلا،"بررسی اثر تقویت‌کننده‌های نانولوله کربن و ویسکر کاربید سیلیسیم ‏بر خواص مکانیکی نانوکامپوزیت‌های زمینه آلومینیم ساخته شده به ‏روش پرس گرم"، پروژه کارشناسی ارشد، دانشگاه بین المللی امام خمینی (ره)، قزوین، 1395.

[17] Powell, A.R., “The fabrication of aluminium: carbon nanotube metal matrix composites”, M. Pill. Thesis, University of Birmingham, Birmingham, 2014.

[18]Mohamed, A., “Fabrication and properties of Carbon nanotube (CNT)-reinforced aluminium composites”, M.Sc. thesis, American University in Cairo, Cairo, 2010.

[19] Choi, H., Shin, J., Bae, D., “The effect of milling conditions on microstructures and mechanical properties of Al/MWCNT composites”, Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, Vol. 43, pp. 1061-1072, 2012.

[20] Deng, C., Wang, D., Zhang, X., Li, A., “Processing andproperties of carbon nanotubes reinforced aluminum composites”, Materials Science and Engineering A, Vol. 444, pp. 138-145, 2007.

[21] Kwon, H., Saarna, M., Yoon, S., Weidenkaff, A., Leparoux,M., “Effect of milling time on dual-nanoparticulate-reinforced aluminum alloy matrix composite”, materials Materials Science & Engineering A, Vol. 590, pp. 338-345, 2014.

[22] Jafari, M., Abbasi, M.H., Enayati, M.H., Karimzadeh, F., “Mechanical properties of nanostructured Al 2024–MWCNT composite prepared by optimized mechanical milling and hot pressing methods”, Advanced Powder Technology, Vol. 23,pp. 205-210, 2012.

[23] Morsi, K., Esawi, A.M.K., Lanka, S., Sayed , A., Taher, M., “Spark plasma extrusion (SPE) of ball-milled aluminum and carbon nanotube reinforced aluminum composite powders”, Composites: Part A, Vol. 41, pp. 322-326, 2010.

[24]Hughes, G.D., Smith, S.D., Pande, C.S., Johnson,H.R., Armstrong, R.W., “Hall-patch strengthening for the microhardness of twelve nanometer grain diameter electrodeposited nickel”,Scripta Metallurgica,Vol. 20, pp. 93-97, 1986.

[25]George, R., Kashyap, K.T., Rahul, R., Yamdagni,S., “Strengthening in carbon nanotube/aluminum (CNT/Al) composites”,Scripta Materialla,Vol. 53,pp. 1159-1163, 2005.

[26] Kwon, H., Cho, S., Leparoux, M., Kawasaki, A., "Dual-nanoparticulate-reinforced aluminum matrix composite materials”, Nanotechnology, Vol. 23, pp. 2610-2616, 2012.

[27] Pérez-Bustamante, R., Gomez-Esparza, C.D., Estrada-Guel, I., Miki-Yoshida, M., Licea-Jiménez, L., Pérez-Garcia, S.A., Martinez-Sanchez, R., “Microstructural and mechanical characterization of Al–MWCNT composites produced by mechanical milling”, Materials Science &Engineering A, Vol. 502, pp. 159-163, 2009.

[28] Bradbury, C.R., Gomon, J.K., Kollo, L., Kwon, H., Leparoux, M., “Hardness of Multi Wall Carbon Nanotubes reinforced aluminium matrix Composites”, Journal of Alloys and Compounds, Vol. 585, pp. 362-367, 2014.    

[29] Lahiri, D., Bakshi, S., Keshri, A., Liu, Y., Agarwal, A., “Dual strengthening mechanisms induced by carbon nanotubes in roll bonded aluminum composites”, Materials Science and Engineering A, Vol. 523, pp. 263-270, 2009.

[30] H.J. Ryu, H.J., Cha, S.I., Hong, S.H., “Generalized shear-lag model for load transfer in SiC/Al metal-matrix composites”, Journal of Materials Research, Vol. 18, pp. 2851-2858, 2003.

[31] Agarwal, A., Bakshi, S.R., Lahiri, D., “Carbon nanotubes: reinforced metal matrix composites”, CRC press, 1st ed., 2010.

[32] Choi, H.,Shin, J., Min, B., Park, J., Bae, D., “Reinforcing effects of carbon nanotubes in structural aluminum matrix nanocomposites”, Journal of Materials Research, Vol. 24, pp. 2610-2616, 2009.