بررسي اثر افزودن فاز تقويت كننده كاربيد تيتانيم و بورايد تيتانيوم بر خواص مكانيكي و تريبولوژي كامپوزيت NiAl-TiC-TiB2 توليد شده به روش سنتز احتراقي

Effect of TiC and TiB2 Reinforcement Phase Addition on Mechanical and Tribological Properties of NiAl-TiC-TiB2 Composite Produced Through Combustion Synthesis Process

مقدمه: در اين تحقيق كامپوزيت با زمينه تركيب بين­ فلزي NiAl-TiC-TiB2 با مقادير مختلف فاز تقويت كننده سراميكي TiC+TiB2 به صورت درجا و با استفاده از روش سنتز احتراقي خود­پيش ­رونده (SHS) تحت فشار از مخلوط پودري فشرده نيكل، آلومينيوم، تيتانيم و كاربيد بور (B4C) توليد و خواص مكانيكي و سايشي آن بررسي شد. روش­: با استفاده از گرمايش سريع القايي، سنتز نمونه ­ها انجام شده و از الگوهاي پراش اشعه ايكس (XRD) و تصاوير ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) همراه با آناليز ﻃﯿﻒ ﺳﻨﺠﯽ ﭘﺮاﮐﻨﺪﮔﯽ اﻧﺮژي ﭘﺮﺗﻮ اﯾﮑﺲ (EDS) در تشخيص فازهاي تشكيل شده و مورفولوژي آن­ها در كامپوزيت ­ها استفاده شد و آزمايش­هاي ميكروسختي­ سنجي و پين روي ديسك جهت ارزيابي خواص انجام گرديد. يافته ­ها: بررسي ­هاي ميكروسكوپي نشان داد كه ذرات سراميكي TiC-TiB2 بصورت يكنواخت در زمينه ­اي همگن از NiAl توزيع شده است. با افزايش درصد TiC-TiB2، ميزان تخلخل كامپوزيت حاصله به دليل بهبود سينتيك تشكيل فازهاي سراميكي محصول و شدت بالاي واكنش افزايش يافت و از 24 درصد حجمي براي نمونه بدون عامل تقويت كننده به 39 درصد براي نمونه داراي 15 درصد فاز سراميكي رسيد. ارزيابي خواص تريبولوژي و ميكروسختي كامپوزيت توليد شده نشان مي­دهد كه حضور توزيع مناسبي از ذرات تقويت كننده در زمينه NiAl عليرغم اثر مخرب بوجود آمدن تخلخل ­هاي ساختاري با بالارفتن درصد فازهاي سراميكي، باعث بهبود خواص مكانيكي و تريبولوژيكي مي­ گردد. حضور فازهاي TiC-TiB2 در زمينه باعث افت قابل توجه در ميزان كاهش وزن در آزمون پين روي ديسك شده، همچنين ميزان سختي از 497 ويكرز براي نمونه NiAl بدون ذرات سراميكي، به 1015 ويكرز براي نمونه حاوي 15 درصد ذرات تقويت كننده افزايش يافت. نتيجه ­گيري: سنتز احتراقي مي­تواند به عنوان روشي سريع و با مصرف كم انرژي براي توليد كامپوزيت­ هاي زمينه فلزي و بين ­فلزي با توزيع مناسبي ذرات تقويت ­كننده مورد استفاده قرار گيرد

Introduction: In this research, NiAl-TiC-TiB2 composites with different contents of TiC-TiB2 were produced via the self-propagating high-temperature synthesis (SHS) process using the exothermic reactions in compressed mixtures of Ni, Al, Ti, and B4C. Methods: The synthesis of composites was performed using induction assisted heating, and the formation of phases and the morphology of reinforcing particles were studied by X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM) techniques, respectively. Findings: Results indicate that the TiC-TiB2 ceramic phases were successfully synthesized and dispersed throughout a NiAl matrix. By increasing the TiC-TiB2 content, the porosity in the structure gets a rising trend due to the enhancement of reaction kinetics and intensity of the reaction, and reaches from 24 Vol.% in the sample without reinforcement phases to 39% in the sample with 15% of ceramic reinforcements. Evaluation of mechanical and tribological properties of the fabricated ceramic samples shows that - although the addition of TiC-TiB2 increases the volume fraction of voids which cause destructive effects - a desirable distribution of ceramic particles within the NiAl matrix leads to improved properties for the composite. The distribution of TiC-TiB2 particles throughout the matrix results in a remarkable decrease in sample weight loss in the pin-on-disk wear test. Also, the microhardness mean values increase from 497 HV for the unreinforced NiAl sample to values up to 1015 HV for the composite sample containing 15% of reinforcing particles.