بررسي ريز ساختار لايه نانو كامپوزيت مينزيم/نيتريد سيليسيم بر آلياژ پايه منيزيم AZ31 توسط فرآيند همزن اصطكاكي

Microstructural investigation of AZ31/Si3N4 nano-composite surface layers produced using friction stir processing

در اين تحقيق از فرآيند همزن اصطكاكي براي ايجاد لايه سطحي نانو كامپوزيت Mg/Si3N4 بر سطح آلياژ پايه منيزيمي AZ31 استفاده گرديد. در سرعت پيشروي ثابت متغيرهاي فرآِند مانند سرعت چرخش ابزار و تعداد پاس تغيير داده شد تا تاثير هر يك از آنها بر ريز ساختار و تغييرات سختي لايه كامپوزيت سازي شده مطالعه شود. نتايج نشان داد كه اين فرآيند يك روش كارآمد براي اصلاح خواص سطحي اين آلياژ بوده و افزايش در تعداد پاس ها و همچنين افزودن نانو ذرات Si3N4 در ايجاد ساختاري ريزدانه موثر مي باشد. سختي سنجي نشان داد كه توزيع در مقياس نانو متري سراميكي سختي بيشتر لايه ها را در پي دارد و ميزان سختي لايه هاي كامپوزيت سطحي در بيشينه مقدار به ميزان 109 ويكرز رسيد كه بيش از دو برابر ميزان سختي زير لايه مي باشد. اين امر به پالايش ذرات در طي فرآيند و استفاده از ذرات تقويت كننده نسبت داده شد.

Friction stir processing was employed for the formation of Mg/Si3N4 nano-composite surface layer on an AZ31substrate by introduction of nano-sized Si3N4 powder to the stir zone. Work pieces were subjected to different tool rotating speeds after one to four numbers of friction stir processing passes in order to achieve composite surface layer with uniform dispersion of nano-sized Si3N4 reinforcements; this was detected by scanning electron microscopy. It was shown that by increasing the number of friction stir processing passes, break-up of Si3N4 clusters resulted in a matrix of fine equiaxed dynamically recrystallized grains. A maximum micro hardness value of ~109HV was achieved for the fabricated AZ31/ Si3N4 nano-composite surface laye, which is superior to ~45HVof the as-received AZ31substrate; this is attributed to uniform dispersion of hard nano-sized Si3N4 reinforcements in a matrix of fine equiaxed dynamically recrystallized Mg-based matrix.