آسیاکاری مکانیکی چیپس های آلومینیم سری ۳۰۰۰ ، ۵۰۰۰ و تولید پودر نانوکریستالی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی سهند تبریز

2 استاد، گروه مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی سهند تبریز

چکیده

هدف از ‌این‌ تحقیق، بازیافت حالت جامد ضایعات آلومینیم سری ۳۰۰۰ و ۵۰۰۰ از طریق آسیاکاری مکانیکی است؛ به طوری که منجر به تولید پودر آلومینیمی نانوکریستالی شود. بدین منظور ضایعات قوطی آلومینیمی مستعمل نوشیدنی که معمولاً از سه قسمت بدنه، سر و بازشونده تشکیل شده و به ترتیب 75، 22 و 3 درصد از وزن کل قوطی را تشکیل میدهند، به عنوان ماده اولیه استفاده میشود. بدنه قوطی معمولاً آلیاژ 3004 و سر آن از نوع 5182 و قسمت بازشونده از سری آلیاژهای 5017، 5042 یا 5082 میباشند. قوطیهای مستعمل آلومینیمی نوشیدنی بعد از دو مرحله آسیاکاری چکشی به چیپسهایی با اندازه 50 میلیمتر و نهایتاً 10 میلیمتر تبدیل میشوند. سپس عملیات رنگ زدایی و شستشوی شیمیایی (روغن و اکسیدزدایی) صورت میگیرد. متعاقباً چیپسهای تمیزکاری شده به طریق مکانیکی و با استفاده از گلوله های مقاوم به سایش در دستگاه آسیای سیاره ای تحت اتمسفر محافظ آرگون در مدت زمانهای مختلف تا 48 ساعت، به ذرات پودری تبدیل میشوند. نتایج نشان داد که آسیاکاری در زمانهای کوتاه بطور کامل انجام نشده و در زمانهای طولانی آگلومراسیون اتفاق می افتد. از طرفی استفاده از عامل کنترل کننده هر چند که باعث ریز شدن بیشتر پودر میشود ولی بدلیل تجزیه شدن آن و ایجاد آلودگی چندان مناسب نیست. بطور کلی در این تحقیق، آسیاکاری چپیس آلومینیمی به مدت زمان ۲۴ ساعت بدون هیچ عامل کنترل کننده فرآیند، منجر به تولید پودر با اندازه کوچکتر از 4۰ میکرومتر با توزیع یکنواخت و اندازه کریستالیت 64/21 نانومتر، با آلودگی و اکسیداسیون ناچیز میگردد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Mechanical Milling of Aluminum Chips, 3000 and 5000 series

نویسندگان [English]

  • Narmin Malekpoor 1
  • maziyar azadbeh 2
1 M.Sc. Student, Department of Materials Engineering, Sahand University of Technology,
2 Professor, Department of Materials Engineering, Sahand University of Technology,
چکیده [English]

In this study, the solid state recycling of aluminum waste (3000 and 5000 series) through mechanical milling, leads to production of nano-crystalline aluminum powders. For this goal, aluminium used beverage cans, which usually consist of body (75%), lid (22%) and opening part (3%), are used as raw material. The body, lid and opening of cans usually are alloyed 3004, 5182 and series of 5017, 5042 or 5082, respectively. After two-steps hammer milling of cans, fine chips with 10 mm in size was achieved. The de-coating and chemical cleaning operations were performed to remove the paint layer and other contaminations (such as oil and oxides), respectively. The ball milling was accomplished on clean aluminum fine chips in a planetary ball mill under argon atmosphere for various times up to 48h. The results show that the short time would not be enough for milling. On the other hand too long times are unwelcome either, apparently as a consequence of microstructure leads to agglomeration. In the case of process controlling agent, however it leads to finer powder production, it contaminates the final product due to decomposition during milling. Since mechanical milling without PCA would be suitable. Totally, at least for the condition used in this investigation, 24h mechanical milling without PCA for production clean nano crystalline Al powders finer than 50nm in crystalline size with uniform size (smaller than 40 µm) will be recommended.

کلیدواژه‌ها [English]

  • 3000 and 5000 aluminum alloy
  • solid state recycling
  • ball milling
  • producing nano crystalline powders
[[1]] Ab Rahim SN, Lajis MA, Ariffin S. A review on recycling aluminum chips by hot extrusion process. Procedia CIRP. 2015 Jan 1;26:761-6.

[2] Duflou JR, Tekkaya AE, Haase M, Welo T, Vanmeensel K, Kellens K, Dewulf W, Paraskevas D. Environmental assessment of solid state recycling routes for aluminium alloys: can solid state processes significantly reduce the environmental impact of aluminium recycling?. CIRP Annals-Manufacturing Technology. 2015 Dec 31;64(1):37-40.

[3] Shamsudin S, Lajis MA, Zhong ZW. Evolutionary in solid state recycling techniques of aluminium: a review. Procedia CIRP. 2016 Jan 1;40:256-61.

[4] Chiba R, Yoshimura M. Solid-state recycling of aluminium alloy swarf into c-channel by hot extrusion. Journal of Manufacturing Processes. 2015 Jan 31;17:1-8.

[5] Misiolek WZ, Haase M, Khalifa NB, Tekkaya AE, Kleiner M. High quality extrudates from aluminum chips by new billet compaction and deformation routes. CIRP Annals-Manufacturing Technology. 2012 Dec 31;61(1):239-42.

[6] Khoei AR, Masters I, Gethin DT. Design optimisation of aluminium recycling processes using Taguchi technique. Journal of Materials Processing Technology. 2002 Sep 20;127(1):96-106.

[7] Tekkaya AE, Schikorra M, Becker D, Biermann D, Hammer N, Pantke K. Hot profile extrusion of AA-6060 aluminum chips. Journal of materials processing technology. 2009 Apr 1;209(7):3343-50.

[8] Haase M, Tekkaya AE. Recycling of aluminum chips by hot extrusion with subsequent cold extrusion. Procedia Engineering. 2014 Jan 1;81:652-7.

[9] Chiba R, Nakamura T, Kuroda M. Solid-state recycling of aluminium alloy swarf through cold profile extrusion and cold rolling. Journal of Materials Processing Technology. 2011 Nov 30;211(11):1878-87.

[10] Le HR, Sutcliffe MP. Analysis of surface roughness of cold-rolled aluminium foil. Wear. 2000 Aug 20;244(1):71-8.

[11] Khamis SS, Lajis MA, Albert RA. A sustainable direct recycling of aluminum chip (AA6061) in hot press forging employing response surface methodology. Procedia CIRP. 2015 Jan 1;26:477-81.

[12] Hong SH, Kim BK. Fabrication of aluminum flake powder from foil scrap by a wet ball milling process. Materials letters. 2001 Oct 31;51(2):139-43.

[13] Hong SH, Lee DW, Kim BK. Manufacturing of aluminum flake powder from foil scrap by dry ball milling process. Journal of Materials Processing Technology. 2000 Apr 3;100(1):105-9.

[14] Sherafat Z, Paydar MH, Ebrahimi R. Fabrication of Al7075/Al, two phase material, by recycling Al7075 alloy chips using powder metallurgy route. Journal of Alloys and Compounds. 2009 Nov 13;487(1):395-9.

[15] Handbook M. Vol. 7: Powder Metallurgy. American Society for Metals. 1984;57.

[[1]6] Wang M, Woo KD, Kim DK, Ma L. Study on de-coating used beverage cans with thick sulfuric acid for recycle. Energy conversion and management. 2007 Mar 31;48(3):819-25.

[[1]7] Sillekens WH, Sano T, Terasaki M, Matsuno K, Kals JA. Formability of recycled aluminium alloy 5017. Journal of materials processing technology. 1997 Mar 1;65(1-3):252-60.

[[1]8] Verran GO, Kurzawa U. An experimental study of aluminum can recycling using fusion in induction furnace. Resources, Conservation and Recycling. 2008 Mar 31;52(5):731-6.

[[1]9] Niero M, Olsen SI. Circular economy: to be or not to be in a closed product loop? A Life Cycle Assessment of aluminium cans with inclusion of alloying elements. Resources, Conservation and Recycling. 2016 Nov 30;114:18-31.

[20] Schlesinger ME. Aluminum recycling. CRC Press; 2013 Dec 21.

[2[1]] Samuel M. A new technique for recycling aluminium scrap. Journal of Materials Processing Technology. 2003 Apr 1;135(1):117-24.

[22] George F. ASM Handbook: Volume 9: Metallography And Microstructures.

[23] Brandstetter S, Derlet PM, Van Petegem S, Van Swygenhoven H. Williamson–Hall anisotropy in nanocrystalline metals: X-ray diffraction experiments and atomistic simulations. Acta Materialia. 2008 Jan 31;56(2):165-76.

[24] Koch C, Ovid'ko I, Seal S, Veprek S. Structural nanocrystalline materials: fundamentals and applications. Cambridge University Press; 2007 May 31.

[25] سعید شیبانی، ابوالقاسم عطائی، غلامرضا خیاطی، سعید اسدی کوهنجانی، آلیاژسازی و فعال سازی مکانیکی فناوری تهیه نانومواد، جهاد دانشگاهی، واحد تهران، 1386.

[26] Intrater J. Mechanical alloying and milling, c. Suryanarayana.