20980

۲۰۹۸۰

تاثير تعداد مراحل نورد تجمعي و درصد گرافن بر ريزساختار، خواص مكانيكي و خواص الكتريكي نانو كامپوزيت مس/گرافن توليد شده به روش اتصال نورد تجمعي (ARB)

كارشناسي ارشد

شكل دادن فلزات

۱۳۹۵

۱۳۹۸/۰۴/۱۶

دكتر عليرضا ايواني - دكتر محمدتقي صالحي

دكتر حميدرضا جعفريان

مواد و متالورژي

در اين تحقيق با استفاده از فرآيند اتصال نورد تجمعي (ARB) و تكرار آن تا شش سيكل، نمونه¬هاي مس خالص و نانو كامپوزيت مس-گرافن توليد شد. هدف از انجام اين تحقيق توليد نانو كامپوزيت مس-گرافن و مقايسه¬ي ريزساختار، خواص مكانيكي و الكتريكي آن با مس خالص ARB شده، است. كامپوزيت¬هاي زمينه مس در صنايع مختلف از جمله اتومبيل سازي، ميكروالكترونيك، هوافضا و غيره كاربرد دارد. به‌منظور بررسي ريزساختار از ميكروسكوپ نوري و پراش پرتوي ايكس استفاده شد. اتصال لايه¬ها و فصل مشترك بين آنها با استفاده از ميكروسكوپ نوري و ميكروسكوپ الكتروني روبشي بررسي شد. همچنين تعداد و اندازه¬ي حفره¬ها در سطح مقطع طولي نمونه¬ها به كمك نرم‌افزار Image J مورد ارزيابي قرار گرفت. با استفاده از نتايج حاصل از تجزيه و تحليل XRD و به كمك نرم‌افزار MAUD و روش ريت¬ولد، چگالي نابجايي¬ها و اندازه¬ي دانه¬هاي فرعي هر يك از نمونه‌ها محاسبه شد. بيشترين چگالي نابجايي¬ها پس از سيكل چهارم حاصل مي¬شود و مربوط به نمونه¬ي نانو كامپوزيت مس-گرافن است. كوچك‌ترين اندازه¬ي دانه¬ي فرعي نيز پس از سيكل چهارم به دست آمد كه مقدار آن 95 نانومتر و مربوط به نمونه¬ي نانو كامپوزيت است. براي ارزيابي خواص مكانيكي، آزمايش كشش تك محوري در دماي اتاق انجام شد. استحكام كششي نهايي ورق مس آنيل شده 204 MPa بود كه پس از انجام شش سيكل فرآيند ARB براي نمونه¬ي مس خالص به 442 MPa و براي نمونه¬ي نانو كامپوزيت به 447 MPa رسيد. پس از آزمايش كشش، سطح شكست نمونه¬ها با استفاده از ميكروسكوپ الكتروني روبشي مورد بررسي قرار گرفت. با بررسي سطوح شكست مشخص شد كه شكست در تمامي نمونه¬ها به‌صورت نرم رخ داده است. شكست در بعضي از مناطق به‌وسيله‌ي تشكيل حفره، برخي ديگر به‌صورت برشي و مناطقي هم به‌صورت تركيبي از اين دو حالت مشاهده شد. براي بررسي خواص الكتريكي نمونه¬ها از دستگاه ميكرو اهم¬متر استفاده شد. مقاومت ويژه¬ي الكتريكي مس خالص و نانو كامپوزيت مس-گرافن حاوي يك و دو درصد پودر پس از سيكل ششم به ترتيب 1.98×〖10〗^(-8)، 1.67×〖10〗^(-8) و 1.77×〖10〗^(-8) اهم در متر اندازه¬گيري شد؛ كه نشانگر تأثير مثبت افزودن گرافن در كاهش مقاومت الكتريكي است. واژه‌هاي كليدي: اتصال نورد تجمعي (ARB)، نانو كامپوزيت مس-گرافن، خواص مكانيكي، مقاومت ويژه¬ي الكتريكي.

1398/06/09

Effect of the number of accumulative rolling steps and graphene percentage on microstructure, mechanical and electrical properties of copper/graphene nano composites produced by accumulative roll bonding (ARB)

8/31/2019 12:00:00 AM

In this thesis, copper-graphene nanocomposite was produced using up to six cycles accumulative rolling bonding (ARB). Evolution of microstructure, mechanical behavior and electrical properties were investigated and compared with those of pure copper. Layer bonding and interface properties were investigated using optical microscopy and scanning electron microscopy. Number density and size of cavities in the longitudinal section of the samples were evaluated using Image J software. Using Ritveld method, dislocation density and subgrain size were calculated using XRD data. The highest dislocation density was observed in the four-cycle processed nanocomposite. In addition, the finest grain size was obtained in the same sample, which was 95 nm. To evaluate mechanical properties, plane strain tensile tests were performed at room temperature. The ultimate tensile strength (UTS) of annealed copper sheet was 204MPa which increased to 442MPa after 6 cycles of the ARB. The maximum UTS for nanocomposite samples was 447MPa after 6 cycles of ARB. Fracture surface of the samples was examined using scanning electron microscopy and indicated ductile fracture. Fracture in some regions was caused by cavity formation, while in some other regions cavities were caused by shear. To study the electrical properties of the samples, a micro-ohmmeter device was used. The specific electrical resistivity of pure copper and copper-graphene nanocomposite containing one and two percent of the powder after the sixth cycle were measured 1.98×〖10〗^(-8), 1.77×〖10〗^(-8) and 1.67×〖10〗^(-8) Ohm per meter. This indicates the positive effect of adding graphene to copper towards reduction of electrical resistivity. Keywords: Accumulative roll bonding (ARB); Copper-graphene nanocomposite; Microstructure; Tensile properties, Electrical resistivity.