28111

تأثير آبكاري ذرات تقويت‌كننده بر خواص تريبولوژي كامپوزيت زمينه فلزي Al-SiC

كارشناسي ارشد

مواد و متالورژي

1398

1401/9/9

دكتر عليرضا ذاكري

مواد

يكي از چالشهاي مهم ريختهگري كامپوزيتهاي زمينه فلزي تقويت شده با ذرات سراميكي، مشكل ترشوندگي ذرات سراميكي و توزيع غيريكنواخت آن‌ها در مذاب و همچنين شكلگيري فازهاي ترد در فصل مشترك ذره-زمينه است. در تحقيق حاضر به هدف مقابله با اين مشكلات در سيستم كامپوزيتي Al-SiC، تأثير پوششدهي نيكل-فسفر روي سطح سه نوع ذره سيليسيم كاربيد، يعني ذرات با ميانگين اندازه 110 ميكرون، ميانگين اندازه 40 ميكرون و آسياكاري شده توسط آسياي Spex با ميانگين اندازه 40 ميكرون مورد بررسي قرار گرفت. در مرحله نخست، فرايند آبكاري الكترولس نيكل-فسفر روي ذرات سيليسيم كاربيد در شرايط مختلف به انجام رسيد و افزايش وزن ذرات مذكور در شرايط بهينه آبكاري به ترتيب 8/16 ،2/19 و 5/20 درصد اندازه‌گيري شد. تصاوير ميكروسكوپ الكتروني نيز مؤيد اين بود كه بيشترين ميزان پوشش مربوط به ذرات آسياكاري ‌شده 40 ميكرون است. در ادامه با بهكارگيري روش ريخته‌گري گردابي نمونههاي كامپوزيتي با زمينه آلومينيوم A356، و سه نوع ذره SiC با پوشش نيكل-فسفر به ميزان ثابت 5 درصد وزني به‌عنوان تقويت‌كننده ساخته شد. همچنين از ذرات 110 ميكرون آبكاري نشده به‌عنوان شاهد استفاده شد. بعد از ساخت كامپوزيت و آماده‌سازي نمونه‌ها، بررسيهاي ريزساختاري به كمك ميكروسكوپ نوري و الكتروني روبشي انجام گرفت و آزمون‌هاي مكانيكي شامل ماكروسختي (ويكرز) و سايش به روش پين روي ديسك انجام شد. مشاهده شد كه سختي و مقاومت به سايش نمونه كامپوزيتي ساخته شده با ذرات آبكاري شده نسبت به ذرات آبكاري نشده، به ترتيب حدود 3/4 و 31 درصد افزايش، و سختي و مقاومت به سايش نمونه كامپوزيتي ساخته شده با ذرات آسياكاري-آبكاري شده نسبت به ذرات آسياكاري نشده-آبكاري شده به ترتيب حدود 2/3 و 160 درصد افزايش داشته است. از بررسي ميكروسكوپي سطوح سايش معلوم شد كه مكانيسم غالب براي نمونههاي كامپوزيتي حاوي سيليسيم كاربيد آبكاري شده سايش چسبان همراه ماكنيسم لايه مخلوط مكانيكي بوده، حال آنكه براي نمونه كامپوزيتي حاصل از ذرات آسياكاري-آبكاري شده مكانيسم به سايش تورقي و همراه ماكنيسم لايه مخلوط مكانيكي تغيير پيدا كرده است. ارتقاي خواص تريبولوژي اولاً به بهبود ترشوندگي ناشي از آبكاري ذرات SiC و ثانياً، به واكنشپذيري بالاتر سطوح تازه شكسته شده ذرات آسياكاري شده در فرايند آبكاري نسبت داده مي‌شود.

1402/01/26

Effect of electroplating of reinforcement particles on tribological properties of Al-SiC metal matrix composite

11/30/2023 12:00:00 AM

One of the important challenges of casting metal matrix composites reinforced with ceramic particles is the problem of wetting of ceramic particles and their non-uniform distribution in the melt, as well as the formation of brittle phases at the particle-matrix interface. In this research, with the aim of dealing with these problems in the Al-SiC composite system, the effect of nickel-phosphorus coating on the surface of three types of silicon carbide particles, that is, raw particles with an average size of 110 microns, raw particles with an average size of 40 microns, and milled particles was investigated by ball milled Spex with an average size of 40 microns. In the first stage, electroless nickel-phosphorus plating process was carried out on silicon carbide particles in different conditions and the weight increase of particles in optimal plating conditions was measured as 16.8, 19.2 and 20.5% respectively. Electron microscope images also confirmed that the maximum amount of coverage related to the milled particles is 40 microns. Next, using the stir casting method, composite samples were made with A356 aluminum matrix, and three types of SiC particles with nickel-phosphorus coating at a constant rate of 5% by weight as reinforcement. Also, unplated 110 micron particles were used as base sample. After making the composite and preparing the samples, microstructural investigations were performed with the help of optical and scanning electron microscopes, and mechanical tests including macrohardness and wear were performed using the pin-on-disk method. It was observed that the macrohardness and wear resistance of the composite sample made with plated particles compared to non-plated particles increased by about 3.4 and 31% respectively, and the hardness and wear resistance of the composite sample made with milled-plated particles compared to non-milled-plated particles increased by 2.3 and 160%, respectively. From the microscopic examination of the wear surfaces, it was found that the dominant mechanism for composite samples containing plated silicon carbide is adhesive wear, while for the composite sample obtained from milled-plated particles, the mechanism has changed to dilamination wear. The improvement of tribological properties is firstly attributed to the improved wettability caused by the plating of SiC particles and secondly, to the higher reactivity of the newly broken surfaces of the milled particles in the plating process.

كامپوزيت زمينه فلزي , كاربيد سيليسيم , آسياكاري , آبكاري الكترولس , پوشش نيكل-فسفر , ترشوندگي , سختي , سايش

Metal Matrix Composite , Silicon carbide , ball mill , Electroless plating , Nickel-Phosphorus, , Wettability , MacroHardness , Wear

Kiumars Asadi

Alireza Zakeri