توسعه فرآيند اصطكاكي اغتشاشي بهبود يافته جهت توزيع نانولوله هاي كربني چند ديواره در ماتريس نايلون 6

Development of a modified friction stir process for dispersion of multi-walled carbon nano-tube throughout nylon 6

در اين مطالعه، روش فرآيند اصطكاكي اغتشاشي اصلاح شده ي مبتني بر ارتعاشات التراسونيك براي توزيع يكنواخت نانولوله هاي كربني چند ديواره در ماتريس پليمري نايلون 6 ارايه گرديده است. بدين منظور، جهت تسهيل فرآيند اصطكاكي اغتشاشي و افزايش تاثير و بازدهي آن، از طرح ابزار فرآيند اصطكاكي اغتشاشي اصلاح شده به همراه ارتعاشات التراسونيك استفاده گرديد. آزمايش‌هاي متعددي براي دستيابي به بازه مناسبي از پارامترهاي فرآيند اصطكاكي اغتشاشي (سرعت دوراني و سرعت پيشروي ابزار) صورت گرفت. مشاهدات ميكروسكوب الكتروني روبشي و الگوهاي پراش اشعه ايكس نشان مي دهند كه نانولوله هاي كربني چند ديواره به شكلي يكنواخت در ماتريس پليمري نايلون 6 توزيع شده اند. آزمايشات ميكروسختي ويكرز نشان مي دهند كه توزيع يكنواخت تر نانولوله هاي كربني چند ديواره در ماتريس نايلون 6 مي تواند منجر به افزايش سختي آن تا حدود 33% در مقايسه با ديگر نانوكامپوزيت هاي توليدي گردد. همچنين، نتايج آزمايشات نشان مي دهد كه نانوكامپوزيت مورد نظر در فرآيند اصطكاكي اغتشاشي به كمك ارتعاشات التراسونيك با سرعت پيشروي بالاتر از سرعت پيشروي فرآيند اصطكاكي اغتشاشي ساده توليد مي گردد، اما افزايش سرعت پيشروي در فرآيند اصطكاكي اغتشاشي به كمك ارتعاشات التراسونيك باعث كاهش اغتشاش نانوكامپوزيت و در نتيجه كاهش توزيع همگن نانوكامپوزيت نمي گردد.

In the current work, a modified method of friction stir process (FSP) based on ultrasonic vibration and modified FSP tool design was developed to disperse multi-walled carbon nano-tube (MWCNT) throughout nylon 6 matrix. To this end, Field emission scanning electron microscopy, X-ray diffraction, Vickers’ micro-hardness, and visual inspection were used to evaluate the fabricated nano-composites. Also, a modified design of FSP tool together with ultrasonic vibration were used to improve the impact and efficiency of FSP. Several experiments were conducted to approach an optimum range of FSP parameters (rotational speed and traverse speed). The scanning electron microscopy observations and X-ray diffraction patterns (XRD) affirm that MWCNT was dispersed homogeneously throughout nylon 6 matrix. Micro-hardness results illustrate that homogeneous dispersion of MWCNT throughout nylon 6 matrix results in 33% increase of micro-hardness. In general, the obtained results declare that ultrasonic vibration causes an increase in traverse speed and production speed of nano-composite without affecting the homogeneous dispersion and hardness of nano-particles throughout the matrix. Also, it is clear that ultrasonic vibrations did not noticeably affect superficial form of nano-composites due to low traverse speeds used in ultrasonic assisted friction stir process.