بررسي ريزساختار و خواص مكانيكي نانوكامپوزيت ريختگي آلومينيوم 7068 تقويت شده با نانو صفحات گرافن

Investigation of the microstructure and mechanical properties of cast AA7068 nanocomposite reinforced with graphene nano plates

در اين تحقيق، خواص مكانيكي و ريزساختار نانوكامپوزيت آلومينيوم 7068 تقويت شده با 0.1، 0.3، 0.5، 0.7 و 1 درصد وزني نانو صفحات گرافن توليد شده به روش ريخته گري گردابي با كمك حباب زائي مافوق صوت بررسي شد. جهت اختلاط مناسب آلياژ و نانو صفحات گرافن، از دستگاه مافوق صوت با توان بالا مجهز به سيستم خنك كننده مورد استفاده قرار گرفت. همچنين براي مطالعات ريزساختاري، ميكروسكوپ الكتروني روبشي بكار گرفته شد. مطالعات ريزساختاري نانوكامپوزيت نشان داد كه حضور نانو صفحات گرافن پراكنده باعث كاهش اندازه دانه شده، اما در درصدهاي بالاي اين نانوذرات (1 درصد وزني)، كاهش محسوسي در اندازه دانه ايجاد نمي‌شود. همچنين حضور نانوذرات و كاهش اندازه دانه، افزايش چشمگير استحكام كششي نانوكامپوزيت را به همراه دارند. البته در درصدهاي بالاي نانو صفحات گرافن (1 درصد وزني)، اين نانو مواد در مرزدانه ها كلوخه اي شده و باعث كاهش استحكام كامپوزيت شدند. استجكام كششي نانوكامپوزيت قبل و بعد از فرآيند اكستروژن از 212 مگاپاسكال به 374 مگاپاسكال افزايش مي يابد. با افزودن 0.5 درصد وزني گرافن و اعمال فرآيند اكستروژن، 76 درصد بهبود خواص استحكامي نسبت به آلياژ پايه بدون فاز تقويت كننده بدست آمد.

In this study, microstructure and mechanical properties of 7068 aluminum alloy matrix nanocomposite reinforced with 0.1, 0.3, 0.5, 0.7 and 1 wt.% graphene nano plates (GNPs) produced by stir casting and ultrasonic treatment have been investigated. Ultrasound device equipped with a cooling system with high power was used for mixing alloy and nanoparticles. Also the microstructure was investigated by scanning electron microscope. The microstructural studies revealed that addition of GNPs reduces the grain size, but adding high GNPs content (1 wt.%) does not change the grain size considerably. Further investigations revealed that the addition of GNPs increases tensile strength. At high GNPs contents (1 wt.%), the presence of GNPs agglomerates on grain boundaries was found, which causes decrease in the tensile strength. The optimum amount of nanoparticles is 0.5 wt.% GNPs. The average ultimate tensile strength (UTS) of the specimens before and after extrusion processes increases from 212 MPa to 374 MPa. Addition of 0.5 wt.% GNPs and extrusion process generate about 76% enhancement in tensile strength compared to that of unreinforced aluminum alloy.