تهيه نانو کامپوزيت هاي منيزيم با دو روش آسياب کردن مکانيکي و استفاده از امواج اولتراسونيک با شدت بالا مورد مطالعه قرار گرفته است. در روش اول از پودرهاي فلزي آلومينيم، منيزيم و تيتانيم استفاده شده است که با تشکيل TiH2 توسط پلي اتيلن گليکول نانو کامپوزيتي با بازده استحکامي بالا و قابليت کشيدگي مطلوب بدست مي آيد. در روش دوم تقويت کنندگي نانو ذرات SiCبراي کامپوزيت هاي منيزيم AZ91D و ميزان پخش آن مورد بررسي قرار گرفته است. نانو کامپوزيت هاي حاوي SiC داراي توزيع يکنواخت ترو پخش بهتر ذرات هستند و از ميزان سختي بيشتري برخوردارند. در اين روش ميزان جاذبه بين SiC و بست کامپوزيت و همچنين برهمکنش امواج اولتراسونيک با نانو ذرات مورد مطالعه قرار گرفته است.
متن مقاله
کامپوزيت هاي با بستر فلزي کم وزن و سبک بوده و به علت قدرت استحکام و سختي بالا کاربردهاي وسيعي در صنايع خودرو و هوافضا پيد اکرده است. ليکن اين کاربردها به لحاظ کم بودن قابليت کشيده شدن در اين کامپوزيت ها محدود شده است. تبديل کامپوزيت به نانو کامپوزيت سبب افزايش بازده استحکامي و رفع محدوديت مذکور مي شود.[1و2و3] از ميان راههاي متعددي که براي ساخت نانو کامپوزيت پيشنهاد شده است دو روش آسياب کردن مکانيکي و استفاده از روش امواج اولتراسونيک در اينجا مورد بررسي قرار مي گيرد. روش آسياب کردن مکانيکي اقتصادي تر است و روش امواج اولتراسونيک خواص بهتري را تأمين مي کند. نانو کامپوزيت ها از دو فاز تشکيل شده اند که فاز يک ساختار بلوري و در ابعاد نانو دارد و فاز دوم ترکيبات بريد، نيتريد، کاربيد، اکسيد و هيدريد با ذراتي در مقياس نانو مي باشد. نانو کامپوزيت هاي بدست آمده از روش هاي مذکور دارا ي خواص بهينه اي نظير دانسيته کم، قدرت استحکام بالا، مقاومت خزشي عالي، ظرفيت ميرايي بالا و پايداري ابعادي خوبي هستند.[1] همجنين با کاهش آلورگي و زيست سازگاري نسبي خود سبب کاهش مصرف سوخت و کاهش هزينه مي شوند.[1و4] در اين مقاله به بررسي کامپوزيت هاي AZ91D و Ti، Al% Mg5wt مي پردازيم. کارهاي عملي
روش آسياب مکانيکي
در روش آسياب کردن مکانيکي از پودرهاي فلزي نظير آلومينيم، منيزيم، تيتانيم و يا ساير پودرهاي سراميکي مانند SiC و TiC استفاده مي کنند. اين پودرهاي فلزي بايستي داراي درصد خلوص بالا و به ميزان بيشتر از% 5/98 براي منيزيم ،% 5/99 براي آلومينيم و ?باشند. پس از اختلاط اين پودرها در يک مخلوط کن V شکل با سرعت rpm45 و به مدت 2 ساعت، آنها را از مرحله آسياب کردن مي گذرانند. آسيلب توسط دستگاه توپي فريتش (Fritsch ) با rpm250 انجام مي گيرد. پلي اتيلن گليکول (H(OCH2-CH2)nCH) به عنوان يک عامل کنترل کننده ي فرايند به مخلوط پودري اضافه مي شود. اين عامل نظير عوامل ديگر که به عنوان کنترل کننده ي فرايند استفاده مي شود(اسيد استياريک) ناپايدار بوده و با تخريب خود سبب توليد TiH2 مي گردد. بطوريکه با دارا بودن هيدروژن و حساسيت Ti به هيدروژن مستقيمأ TiH2 توليد مي شود. از طرف ديگر ?G فرايند تشکيل TiH2 منفي بوده( l96/14-KJ/mo) و به راحتي پيش مي رود.[ 2و3 ] مخلوط پودرها را با گاز نيتروژن يا هيدروژن به منظور توليد نيتريد يا هيدريد به عنوان فاز دوم مخلوط کرده و تحت فشار بصورت سرد قرار مي دهند. سپس در C° 450 به مدت 2 ساعت در يک کوره ي تخليه قرا ر گرفته و پس از آن در C° 400 و با کمک گرافيت به عنوان روان کننده آنرا قالبگيري مي کنند. نهايتأ برشهايي از نمونه را بطول و ضخامت mm25 و قطر mm5 از وسط ترکيب قالبگيري شده جدا کرده و کشش طولي(Tensile ) آنها را اندازه گيري مي کنند. روش اندازه گيري مطابق با ASTM E8M-96 مي باشد.[2و3] در اين مطالعه به کمک طيف هاي XRD )پراش سنج پرتو X ( ، TEM ) ميکروسکپ الکتروني انتقال( به بررسي تعيين فاز و ارزيابي اندازه ذرات مي پردازيم.
شکل 1. شماي دستگاه
روش اولتراسونيک
در اين روش از يک آلياژ منيزيم به نام AZ91D به عنوان بستر کامپوزيت استفاده مي شود که اگر شامل 5 درصد وزني SiC باشد بصورت AZ91D/5SiC در مي آيد. همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است توسط نفوذ امواج اولتراسونيک با شدت بالا به عمق آلياژ عمل ذوب انجام مي گيرد که در يک بوته گرافيتي رخ مي دهد. در جدول 1 نيز ترکيب شيميايي AZ91D آمده است. براي تهيه AZ91D/5SiC نيز از SiC به عنوان يک تقويت کننده استفاده مي شود که ترکيب شيميايي آن در جدول 2 آمده است.[1] مذاب منيزيم بدست آمده را با مخلوط گازهاي CO2/SF6 حفاظت کرده و سپس نانو ذرات SiC را به بوته و از سطح مذاب در دماي کنترل شده ي C°620 اضافه مي کنيم. وجود نانو ذرات SiC در مذاب ويسکوزيته آن بيشتر شده و با اعمال دمايي تا C° 700 ميزان جاري شدن رضايت بخشي بدست آيد. [1] سپس نمونه ها با محلول اسيد نيتريک در اتانول براي 5 ثانيه در دماي اتاق سياه قلم کرده و گاهي براي هدايت حرارتي و قابليت هدايت بهتر آنها را با Auمخلوط مي کنند.
در اين روش نيز براي تعيين ريز ساختار کامپوزيت AZ91D/5SiC و تعيين فاز آن از XRD و براي بررسي ميزان پخش نانو ذرات از SEM و جاذبه بين ذرات SiC و بستر منيزيم از XPS استفاده مي کنيم.
