بررسي خواص فيزيكي و مقاومت به سايش نانوكامپوزيت Cu/Cr2O3 توليد شده به روش آلياژسازي مكانيكي و اكسيداسيون داخلي

Evaluation of Physical and Mechanical Properties of Cu/Cr2O3 Nanocomposite Produced by Mechanical Alloying and Internal Oxidation

كامپوزيت هاي Cu/Al2O3 تهيه شده به روش آلياژسازي مكانيكي و اكسيداسيون داخلي اغلب در صنايع الكتريكي كاربرد دارد. اما مشكلات اين روش مدت زمان طولاني اكسيداسيون داخلي و عدم دستيابي به اكسيداسيون كامل آلومينيم مي باشد. بنابراين، نانوكامپوزيت Cu/Cr2O3 به سبب سينتيك بهتر اكسيداسيون درجاي عنصر حل شونده، كروم، جايگزين نانوكامپوزيت متداول Cu/Al2O3 شده است. در اين پژوهش، به منظور توليد كامپوزيت Cu/Cr2O3 ، در ابتدا پودر عناصر Cu و Cr به مدت 60 ساعت تحت اتمسفر آرگون آلياژسازي مكانيكي شد. سپس پودر پيش آلياژي Cu-1wt.%Cr و Cu2O به صورت مكانيكي آسياب شد. براي جلوگيري از اكسيداسيون ذرات بسيار ريز پودر در ابتدا پرس داغ تحت فشار 30 مگاپاسكال و دماي 400 درجه سانتيگراد در گلاوباكس و سپس پرس سرد تحت فشار 400 مگاپاسكال انجام مي شود. فرآيند سينترينگ در اتمسفر محافظ در دماي 900 درجه سانتيگراد به مدت 1ساعت انجام مي گيرد. مورفولوژي ذرات پودرها با ميكروسكپ الكتروني روبشي بررسي شده است.به منظور تخمين زمان و نسبت گلوله به پودر بهينه در فرآيند آلياژسازي مكانيكي مخلوط پودرهاي Cu و Cr ، نمونه هاي پودري با استفاده از آناليز طرح پراش اشعه X بررسي شد. براساس نتايج خواص فيزيكي كامپوزيت ها مانند چگالي و مقاومت الكتريكي ويژه پس از اكسيداسيون داخلي، تغيير مي كند. نتايج آزمون سايش مطابق با استاندارد ASTM-G99 كه در سرعت و نيروي ثابت و مسافت هاي متفاوت انجام شد، نشان دهنده كاهش حجم با افزايش مسافت لغزش است. از تصاوير ميكروسكپ الكتروني سطوح سايش برمي آيد كه مكانيزم هاي غالب سايش، سايا، تورقي و اكسيداسيوني است.

Cu/Cr2O3 nanocomposites have high potential for use in structural, electrical applications which enhanced mechanical characteristics are required. In the present work, in order to improve in-situ oxidation kinetic of solute element, chromium was used instead of aluminum in common Cu/Al2O3 composite . At the initial stage, elemental Cu and Cr powders were mechanically alloyed for 60h under argon atmosphere. It was followed by mechanically milling of Cu-1wt.%Cr pre-alloyed and Cu2O powders. To prevent oxidation of very fine powder particles, compacting was firstly conducted in a hot press under 30MPa applied pressure at 400°C in glove box and then a cold pressed at 400MPa. Sintering process was conducted in an argon atmosphere at 900°C for 1h. Characterization of processed material and powder particle morphologies was performed by scanning electron microscopy (SEM). Effect of milling time and Ball to powder ratio were studied by X- ray diffraction analyses. Physical properties such as density, specific resistance of nano-composite specimens were examined. Sliding wear tests were carried out according to ASTM G-99 standard using pin-on-disk equipment at a sliding speed of 0.25m/s and normal load 20N, in distances of 1000, 2000 and 3000m. The results indicated that volume loss of Cu matrix reinforced with Cr2O3 nano-particles decreased with increasing the sliding distance. Wear mechanisms were studied by SEM of worn surface in different sliding distance.