توليد كامپوزيت سطحي آلومينيم 2024 تقويت شده با نانو ذرات كاربيد بور توسط فرآوري اصطكاكي اغتشاشي

Fabrication of Al2024 surface composite reinforced by B4C nano particles via friction stir processing

در اين پژوهش نانو كامپوزيت آلومينيم 2024 و ذرات كاربيد بور با ميانگين اندازه 60 نانومتر توسط فرآوري اصطكاكي اغتشاشي توليد و ريزساختار و خواص مكانيكي و خوردگي آن بررسي شد. جهت تعيين شرايط بهينه و حصول نمونه بدون عيب، عمليات اصطكاكي اغتشاشي با سرعت هاي دوراني مختلف در سرعت پيشروي ثابت 25 ميليمتر بر دقيقه روي نمونه هاي بدون پودر انجام شد. بر اساس اين بررسي ها نمونه بهينه در سرعت دوراني 850 دور بر دقيقه و پيشروي 25 ميليمتر بر دقيقه به دست آمد. براي بررسي ريز ساختار از ميكروسكوپ نوري و الكتروني استفاده شد. نتايج نشان داد كه با اضافه كردن ذرات تقويت كننده و تعداد پاس ها ميانگين اندازه دانه در ناحيه اغتشاشي كاهش پيدا مي كند. همچنين توزيع يكنواختي از ذرات تقويت كننده پس از 4 پاس عمليات به دست آمد. براي بررسي خواص مكانيكي آزمون هاي ميكروسختي و سايش انجام شدند. در تطابق با مشاهدات ريزساختاري، بالاترين سختي و مقاومت در برابر سايش در نمونه چهار پاسه مشاهده شد. بهبود در خواص مكانيكي با افزايش تعداد پاس ها به ريزتر شدن ساختار و توزيع همگن ذرات تقويت كننده نسبت داده شد. در مقابل مشاهده شد كه در نمونه بدون ذرات تقويت كننده سختي پس از يك پاس عمليات نسبت به سختي اوليه كاهش پيدا كرد. اين مساله به انحلال رسوب هاي موجود در فلز پايه به علت دماي بالاي عمليات نسبت داده شدند. همچنين نتايج آزمون الكتروشيميايي نشان داد كه رفتار خوردگي نمونه ها با اضافه كردن ذرات تقويت كننده و افزايش تعداد پاس بهبود پيدا مي كند.

In this research surface nano composite of aluminum 2024 and boron carbide particles with the average size of 60 nm was fabricated by the friction stir processing (FSP) method. The primary friction stir processing tests showed that the rotating speed of 850 rpm and traverse speed of 25 mm/min are the optimum conditions which result in sound samples. The effects of nano - particle addition and number of passes were analyzed in the fabricated samples. Optical and field emission scanning electron microscopy techniques showed that the average grain size in the stir zone decreases by adding nano-particles or increasing the number of FSP passes. The hardness and the abrasion tests showed that strength and wear resistance of the fabricated samples increases with the increase in number of passes. The improved mechanical properties were attributed to the grain refinement as well as the uniform distribution of nano-particles in the matrix. However, in the absence of nano-particles the hardness decreased due to the dissolution of primary particles in the stir zone. The result of electrochemical tests indicated that corrosion behavior of the FSPed samples improves by adding the nano - particles or increasing the pass number.