ارزيابي استحكام و سختي كامپوزيت آلومينيم گرافيت توليد شده به دو روش SPS و CPS با اختلاط به روش همگن سازي در مايع

Assessment of Compressive Strength and Hardness of Al-Gr Composites Produced Using Liquid Homogenization Followed by Cold-Press and SPS

در اين پژوهش، اختلاط پودرهاي آلومينيم خالص و گرافيت براي توليد كامپوزيت‌هاي پايه آلومينيم، تقويت‌شده با ذرات پودر گرافيت، از روشي جديد به نام همگن‌سازي در مايع استفاده شد. ميزان گرافيت در اين پژوهش از صفر تا 4/5 درصد وزني درنظر گرفته شد. از پودرهاي حاصل از روش همگن‌سازي در مايع با دو روش تف‌ جوشي پلاسمايي جرقه‌اي و پرس سرد - تف جوشي در كوره خلأ تحت فشار و دما و زمان‌هاي مختلف نمونه‌هاي كامپوزيتي توليد شد. به منظور بررسي ريزساختار، نمونه هاي حاصل به وسيله ميكروسكوپ نوري و الكتروني روبشي بررسي و تحليل شدند. همچنين به منظور بررسي خواص مكانيكي، نمونه‌ها تحت آزمون‌هاي فشار و سختي سنجي (برينل) قرار گرفتند. بررسي نتايج و مشاهدات، توزيع ذرات گرافيت در زمينه ي آلومينيم با روش همگن سازي در مايع بهبود چشمگيري را نشان داد كه همين امر باعث بهبود خواص مكانيكي شده است. همچنين افزودن گرافيت تا سه درصد وزني بطور بسيار يكنواخت در زمينه و بدون كلوخه شدن رخ داد. در اين روش اختلاط، با افزودن گرافيت تا درصد بهينه، سختي و استحكام فشاري افزايش يافت. با توجه به نتايج آزمون فشار، ميزان استحكام فشاري به دست آمده از اين روش اختلاط، نسبت به ساير روش‌هاي توليد اين كامپوزيت حداقل 43/2 درصد افزايش داشت. حتي اين استحكام با تغيير برخي پارامترهاي تفجوشي مانند، فشار در روش تف‌جوشي پلاسمايي جرقه‌اي، به 104/8 درصد افزايش نسبت به ساير روش‌هاي همگن‌سازي اين كامپوزيت هم رسيد. همچنين، نمونه با درصد بهينه (سه درصد گرافيت)، داراي افزايش استحكام فشاري تا 138/7 درصد و افزايش سختي تا 69/6 درصد نسبت به آلومينيم خالص بود.

A relatively new method, homogenization in liquid phase, was used to produce aluminum-matrix composite reinforced by graphite particles. The graphite content was chosen from zero to 4.5wt.% in this study. Composite samples were produced using the mixed powder by two ways: spark plasma sintering and cold-press sintering under different pressure, temperature and time conditions. The specimens’ microstructure was investigated by optical microscopy and scanning electron microscopy. To evaluate the mechanical properties of the samples, compression tests and hardness measurements were performed. According to the results, homogenization in liquid phase method caused significant improvements in the distribution of graphite particles in the matrix. Improved mechanical properties were obtained at 3wt.% graphite. According to the results, the compressive strength of Al-2.5wt.% Gr composite, obtained from this mixing process and cold-press sintering, was increased at least 113.8% compared to the pure aluminum. Moreover, SPS process increased the strength of Al-3wt.% Gr composite to about 206.2%, compared to pure aluminum.