طراحي و ساخت دستگاه ريزنده مواد تابعي و بررسي عملكرد آن در ساخت نمونه آلومينيوم-آلومينا

هدف از اين تحقيق بهينه‌سازي در روش ساخت مواد درجه‌بندي‌شده تابعي (FGMs) با نوآوري در ساخت دستگاهي به ‌منظور ريزش برنامه‌ريزي‌شده‌تر، پيوسته و هدفمند مواد براي ساخت نمونه‌هاي مورد نياز است. بررسي، بازبيني ميكروسكوپي و مطالعه درجه‌بندي‌ تابعي پيش بيني شده در نمونه‌هاي گوناگون و همچنين مطالعه اثر تغيير درصد حجمي مواد سازنده بر رفتار ريزساختاري، چگالي نسبي و ريزسختي نمونه‌ها از ديگر كارهاي اين پژوهش مي‌باشد. نمونه‌هاي ساخته‌شده از ذرات آلومينيوم به عنوان زمينه و ذرات سراميكي آلومينا به عنوان تقويت‌كننده، تشكيل شده‌اند. درجه‌بندي تابعي توزيع ذرات آلومينا در زمينه آلومينيوم در راستاي طولي يك نمونه استوانه‌اي با بهره گيري از يك دستگاه مواد ريز با توانايي ريزش پيوسته و هدفمند، اعمال گرديد. پس از ريزش نمونه هايي با درصد تقويت كننده 10، 15و 20 درصد حجمي درون قالب، فشارهاي متفاوتي از MPa 200، MPa400و MPa500 به نمونه‌ها اعمال گرديد و فرآيند تف جوشي در دماي 700 درجه سانتيگراد انجام پذيرفت. نتايج نشان از دقت قابل قبول دستگاه مواد ريز پس از مشاهده توزيع نهايي ذرات تقويت كننده داشت. همچنين، مشخص شد افزايش درصدحجمي آلومينا موجب كاهش چگالي نسبي و افزايش سختي ويكرز نمونه‌ها گرديد. به طوري كه، بيشترين سختي در نمونه تقويت شده با20 درصد آلومينا به ميزان 8/95 (HV) مشاهده‌ گرديد. افزايش فشار تراكم نيز منجر به افزايش چگالي نسبي تا %96 گرديد و همچنين، موجب سخت‌تر شدن نمونه‌ها شد. درنمونه %15 افزايش فشار تراكم از 200 به MPa500 موجب افزايش سختي تا بيش از 2 برابر شده است.

In this paper, a novel fabrication technique for functionally graded materials (FGMs) to have a programmed and continuous material pouring is presented. Microscopic examination and studying the desired gradient in various samples as well as studying the effects of volume fraction of constituents on microstructure, relative density and micro-hardness of the samples are other investigations presented in this article. The fabricated samples are made of Al powder as the matrix and Alumina (Al2O3) ceramic particles as the reinforcement. Functional gradient of Alumina particles distribution in the Al matrix along a cylindrical sample was applied using a novel material pouring device. After pouring the powder mixture with 10, 15, and 20 vol% of reinforcement into the die, various compacting pressures of 100, 200, 400, and 500 MPa were applied to the sample and sintering process under 700 oC temperature was carried out. The results show acceptable accuracy of the material pouring device after examining the distribution of reinforced particles. As well, it is obtained that as the volume fraction of Alumina particles increase, the relative density decreases and the Vickers micro-hardness enhances. So that, the most hardness in 20% Alumina sample is observed about 95.8 HV. In addition, as the compacting pressure increases, the relative density enhances up to 96%. In Al-15 vol% Al2O3 sample, increasing the compacting pressure from 200 to 500 MPa caused an improvement in micro-hardness by about 200%.