بررسي ريزساختار و خواص كششي نانوكامپوزيت‌هاي Al5083-TiB2 توليدشده به روش ريخته‌گري گردابي

Investigation on the Microstructure and Tensile Properties of Al5083-TiB2 Nanocomposites Produced by Stir Casting Method

در پژوهش حاضر، تأثير افزودن نانوذرات دي‌بوريد تيتانيم (TiB2) بر ريزساختار و خواص كششي كامپوزيت زمينه آلومينيوم 5083 مطالعه و بررسي شد. كامپوزيت‌هايAl5083-TiB2 (با 5 و 10 درصد وزني تقويت‌كننده)، همراه با افزودني‌هاي زيركونيم (Zr) و اكسيد سريم (CeO2)، با درصد‌هاي مختلف وزني و به روش ريخته‌گري گردابي، در دماي 1000 درجه سلسيوس، تحت فرايند درجا توليد شدند. سپس نمونه‌ها، به‌منظور‌ توزيع يكنواخت تقويت‌كننده‌ها در زمينه، تحت فرايند اكستروژن گرم قرار گرفتند. نانوذرات TiB2 مورد استفاده در اين پژوهش، با روش درجا، به‌وسيله پيش‌ماده‌هاي كريوليت (Na3AlF6)، اكسيد تيتانيم (TiO2) و پتاسيم تترا‌فلورو بورايد (KBF4)، در مذاب آلومينيوم فراوري شد. به‌منظور‌ بررسي ريزساختار، سطوح و سازوكار شكست نمونه‌ها، از آناليز پراش پرتو ايكس (XRD)، ميكروسكوپ نوري (OM) و ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) استفاده شد. نتايج آزمون كشش نشان داد كه افزودن 10 درصد وزني ذرات TiB2، در مقايسه با نمونه بدون تقويت‌كننده، باعث افزايش 17/7 درصدي استحكام كششي نهايي و كاهش 19/2 درصدي كرنش مي‌شود. همچنين، افزودن Zr و CeO2، به‌علت حذف تركيب بين‌فلزي Al3Ti و سازوكار عدم‌تطابق (ضرايب) انبساط حرارتي با زمينه، در مقايسه با نمونه بدون تقويت‌كننده، باعث افزايش 35/8 درصد استحكام و 78 درصد كرنش نمونه حاوي 10 درصد تقويت‌كننده شد. همچنين، آنيل‌كردن، بعد از مرحله اكستروژن، در نمونه حاوي 10 درصد وزني TiB2، باعث كاهش استحكام كششي شد.

This study was conducted to investigate the effect of adding titanium diboride (TiB2) nanoparticles on the microstructure and tensile properties of the Al5083 matrix composite. Al5083/TiB2 metal matrix composites (with 5 and 10 wt % reinforcement) along with zirconium (Zr) and cerium oxide (CeO2) additives with different wt % were fabricated by in situ-stir casting at 1000 °C. The samples were then subjected to hot extrusion for uniform distribution of reinforcements in the matrix. TiB2 nanoparticles were in-situ processed in molten aluminum using the precursors such as cryolite (Na3AlF6), titanium oxide (TiO2), and potassium tetrafluoroborate (KBF4). The microstructure, surfaces, and failure mechanism of the samples were investigated using X-ray diffraction (XRD), optical microscopy (OM), and scanning electron microscopy (SEM). Tensile test results showed that the addition of 10 wt % TiB2 particles increased the ultimate tensile strength by 17.7 % and decreased the strain by 19.2 % compared to the sample without reinforcement. Besides, the addition of Zr and CeO2 increased the strength by 35.8 % and the strain of the sample containing 78 % by 10 % reinforcement compared to the sample without reinforcement due to the removal of intermetallic compound Al3Ti and the incompatibility between coefficients of thermal expansion (CTE) with the matrix. Also, post-extrusion annealing in the sample with 10 wt % TiB2 reduced the tensile strength.