بررسي ريزساختار و خواص مكانيكي لايه كامپوزيتي Al/AlN تشكيل شده روي آلومينيم بصورت درجا توسط فرآيند همزن اصطكاكي در حضور گاز نيتروژن

Microstructure and Mechanical Properties of the Al/AlN Composite Layer Formed In Situ on Aluminum by FSP in the Presence of Nitrogen Gas

براي اولين بار از گاز نيتروژن در فرآيند همزن اصطكاكي(FSP) براي ايجاد لايه سطحي كامپوزيت Al/AlN روي فلز آلومينيم استفاده شد. بررسي ريزساختار لايه‌ها توسط پراش پرتو ايكس، ميكروسكپ نوري، الكتروني روبشي و تجزيه شيميايي از طريق سنجش انرژي پرتو ايكس، نشان دهنده تشكيل رسوبات با تركيب نيتريد آلومينيم در زمينه آلومينيم خالص تجاري بود. اين رسوبات توزيع غيريكنواختي در لايه پيدا كردند. كاهش اندازه دانه زمينه آلومينيمي از 100 ميكرومتر تا 70 ميكرومتر در اثر فرآيندهاي ترميم ناشي از تغيرشكل شديد و ارتقاي قابل توجه خواص سطحي در حالي است كه درصد حجمي ذرات كامپوزيتي بسيار كم است. لايه‌هاي سطحي با توجه به انجام عمليات ترمو مكانيكي شديد به دانه بندي ريزتر و مقادير بالايي از سختي رسيدند. در نتيجه اندازه دانه‌ها از ميانگين 100 ميكرومتر به 70 ميكرومتر و از سختي پايه 22 ويكرز به حداكثر 38 ويكرز رسيد كه اين در حدود 1/7 برابر سختي پايه است. مقاومت سايشي نمونه هم با توجه به ريزدانه شدن سطح و حضور ذرات سخت نيتريدي تا 1/1 برابر زير لايه آلومينيمي بهبود يافت. ضريب اصطكاك سطح از 1/2 به 0/9 رسيد كه اين خود نشان دهنده بهبود خواص سايشي نمونه است.

For the first time, nitrogen gas was used in friction stir processing (FSP) to form an Al/AlN composite surface layer on aluminum plate. Investigating the microstructure of the layers by X-ray diffraction, scanning electron microscopy and optical microscopy showed the formation of aluminum nitride particles on the surface layer of commercially pure aluminum. These particles found to have non-uniform distribution in the layer. While the percentage of composite reinforcements is not more than 10%, the aluminum grain size reduced from 100 to 70 μm due to restoring processes resulting from severe plastic deformation and significant improvement in surface properties observed. Due to extreme thermo-mechanical process, the surface layers have a finer grain size and high levels of hardness. As a result, the grain size ranged from an average of 100 μm to 70 μm and a hardness of 22 to a maximum of 38 Hv, which is about 1.7 times the base metal hardness. The wear resistance of the sample also improved up to 1.1 times with respect to fine graining of the surface layer and the presence of hard nitride particles. The coefficient of friction reduced from 1.2 to 0.9, indicating an improvement in the tribological properties of the sample.