27182

بررسي تاثير گرافن بر خواص ريزساختاري و مكانيكي نانوكامپوزيت زمينه آلومينيوم 2024 نورد شده

كارشناسي ارشد

نانو تكنولوژي - نانو مواد

1401/06/30

دكتر روح اله رحماني فرد

دكتر حميدرضا جعفريان

فناوري‌هاي نوين

نانوكامپوزيت‌هاي زمينه آلومينيومي تقويت شده با ذرات سراميك به دليل تركيب عالي خواص ، مواد بسيار اميدوار كننده‌اي براي صنايع هوا فضا ، صنعت خودرو و كاربردهاي دفاعي هستند. نانوكامپوزيت‌هاي زمينه آلومينيومي بدليل خواص منحصربه فرد آن از جمله نسبت استحكام به وزن بالا، مقاومت در برابر خوردگي عالي، خواص مكانيكي خوب، شكل پذيري و هزينه كم، طيف گسترده‌اي از كاربردها را داراست. در اين پژوهش پودر آلومينيوم 2024 به روش بالا به پايين سنتز شده و پودر نانوكامپوزيت زمينه آلومينيوم 2024 تقويت شده با RGO ، با استفاده از فرايند آلياژسازي مكانيكي ساخته شد و در نهايت تحت فرايند نورد گرم تف‌جوشي شده است. آزمون‌هاي XRD، FESEM و EDS نشان داد كه ذرات مس به طور يكنواخت بر روي سطح RGO رسوب كرده و پودر نانوكامپوزيت CuO/RGO تحت فرايند احيا با گاز هيدروژن به Cu/RGO تبديل شد. آلياژسازي در سرعت هم‌زدن 40orpm، نسبت گلوله به پودر 10:1، مدت زمان آسياكاري 10 ساعت و بدون استفاده از PCA انجام شد. پس از 10 ساعت آسياكاري مشاهده شد كه مس به طور كامل در زمينه حل شده است. شرايط بهينه فرايند نورد گرم در دماي 450°C ، سرعت حركت غلطك ها 5 rpm، زمان آنيل مياني 10 min و ميزان كاهش ضخامت 12% حاصل شد. چگالي نسبي حاصل پس از نورد گرم بالاي 99.9 درصد براي همه نمونه‌ها بود. بررسي‌ها توسط آزمون XRD و تصاوير HRTEM حضور فاز 〖Al〗_2 Cu در ساختارهاي نانوكامپوزيت‌ها را تائيد مي‌كند. در بررسي خواص مكانيكي مشاهده شد كه با افزودن RGO و افزايش درصد وزني آن، خواص مكانيكي افزايش مي‌يابد. افزودن 0.5 درصد وزني RGO باعث افزايش ميكرو سختي، استحكام تسليم و استحكام نهايي نسبت به آلياژ Al2024 اوليه شد به طوريكه به ترتيب از 146 به 180HV (23.2%) ، 272 به 461 Mpa (70%) و 415 به 545 Mpa (31%) افزايش يافت. بررسي‌ها نشان داد كه مكانيسم‌هاي افزايش چگالي نابجايي‌ها و ريزدانه شدن بيشترين اثر را در بهبود خواص مكانيكي نانو كامپوزيت‌ها را داشتند.

1401/08/01

Investigating the effect of graphene on microstructural and mechanical properties of rolled aluminum 2024 nanocomposite

9/21/2023 12:00:00 AM

Aluminum matrix nanocomposites reinforced with ceramic particles are very promising materials for aerospace, automotive and defense applications due to their excellent combination of properties. Aluminum-based nanocomposites have a wide range of applications due to their unique properties, including high strength-to-weight ratio, excellent corrosion resistance, good mechanical properties, formability, and low cost. In this research, aluminum2024 powder was synthesized by top-down method and aluminum2024 nanocomposite powder reinforced with RGO was made using mechanical alloying process and finally it was sintered under hot rolling process. XRD, FESEM and EDS tests showed that copper particles were uniformly deposited on the RGO surface and the CuO/RGO nanocomposite powder was converted to Cu/RGO under the reduction process with hydrogen gas. Alloying was done at a stirring speed of 400 rpm, a ratio of pellets to powder of 10:1, a milling time of 10 hours, and without using PCA. After 10 hours of grinding, it was observed that the copper was completely dissolved in the field. The optimal conditions of the hot rolling process were obtained at a temperature of 450°C, the speed of the rollers was 5 rpm, the intermediate annealing time was 10 min, and the amount of thickness reduction was 12%. The resulting relative density after hot rolling was above 99.9% for all samples. Investigations by XRD test and HRTEM images confirm the presence of 〖Al〗_2 Cu phase in the structures of nanocomposites. In the examination of mechanical properties, it was observed that by adding RGO and increasing its weight percentage, the mechanical properties increase. The addition of 0.5% by weight of RGO increased the microhardness, yield strength and ultimate strength compared to the original Al2024 alloy from 146 to 180HV (23.2%), 272 to 461 Mpa (70%) and 415 to 545 Mpa (31%), respectively. ) Increased. Investigations showed that the mechanisms of increasing the density of dislocations and fine graining had the greatest effect in improving the mechanical properties of nanocomposites.

نانوكامپوزيت , آلومينيوم 2024 , گرافن , نورد گرم , متالوژي پودر

nanocomposite , Al 2024 , Graphene , Hot rolling , powder metallurgy

Ali Shokrollahi-Far

Dr. Roohollah RahmaniFard