بررسي رفتار سايش خشك كامپوزيت‌هاي Al-Mg/ZrO2 تهيه شده به روش نفوذدهي بدون فشار

Dry Sliding WearBehavior of Al-Mg/ZrO2 Composites Produced Via Pressureless Infiltration Method

در اين پژوهش تاثير درصد منيزيم زمينه بر رفتار سايش خشك كامپوزيت زمينه آلومينيومي بررسي شده است. فوم زيركونيايي با اندازه تخلخل 10 و ppi 30مورد عمليات نفوذدهي بدون فشار با مذاب آلومينيوم قرار گرفت. از آلومينيوم با 2، 6 و10 درصد وزني منيزيم به‌عنوان آلياژ زمينه استفاده شد. نمونه‌هاي ديسكي، مورد آزمون سايش خشك به روش پين بر روي ديسك قرار گرفتند و كاهش وزن نمونه‌ها اندازه‌گيري شد. نمونه‌ها مورد اثر سه نيروي 5/6، 26 و N 52 و در طول يك مسافت 900 متري، در تماس با پين فولادي 52100 AISI مورد لغزش قرار گرفتند. بر اساس نمودارهاي نرخ فرسايش و تصاوير بدست آمده، مشخص شد كه نمونه‌هاي كامپوزيتي در قياس با آلياژ زمينه مقاومت به سايش بسيار بالاتري دارند. هم‌چنين، در بارهاي كم، سايش به واسطه تشكيل لايه محافظ پايدار در سطح كامپوزيت، ازتماس مستقيم سطوح جلوگيري كرده و نرخ فرسايش پايين بوده، اما با افزايش بار عمودي اعمال شده، اين لايه تخريب شده و فرسايش با شدت بيش‌تري صورت مي‌پذيرد. مشخص شد با افزايش درصد منيزيم زمينه رفتار سايشي كامپوزيت بهبود مي‌يابد.

In the present research, the effects of continuous zirconia reinforcement and Mg content of the matrix alloy on the tribological properties of aluminum matrix composites produced via pressureless infiltration was investigated. The zirconia foam used as reinforcement was synthesized by replacement method according to the following steps: plunging polymeric (polyurethane) foam in to a ceramic slush, removing the additional slush and pyrolyzing and sintering at elevated temperature. The pure Al and Al alloys with2, 6 and 10wt% Mg content penetrated to the zirconia foam under nitrogen atmosphere. Specimens in the form of discs were thereby used for the wear test with a pin-on-disk apparatus using 52100 steel pins. The weight loss and wear rate of specimens were measured under 6.5, 26 and 52 N loads and a sliding distance of 900 m. Sliding surface and debris of each specimen was examined by a Scanning Electron Microscope (SEM). Results indicated that reinforced materials have better wear resistance in comparison with unreinforced matrix alloys. Under the low load the weight loss was low due to the formation of protective MML (mechanically mixed layer) layer on the surface which prevented the direct contact of metallic and steel surfaces. Under the high load, the oxide layer was not stable and severe wear occurred due to the adhesive wear mechanism. Increasing the Mg content of the alloys decreased the wear rate because of the better wetting of the matrix alloys and the stronger bonding in the matrix-reinforcement interface.