توليد كامپوزيت سطحي آلومينيم 5083 با ذرات اكسيد تيتانيم و بررسي ريزساختار و خواص مكانيكي و سايش آن

Fabrication of Al5083/TiO2 surface composite by friction stir process and investigating its microstructural, mechanical and wear properties

توليد نانو كامپوزيت يك چالشي بزرگ ميباشد، چون توزيع يكنواخت ذرات تقويت كننده با اندازه نانو در زمينه فلزي با روشهاي متالوژي پودر و فرايندهاي حالت مايع دشوار ميباشد. فرآوري اصطكاكي اغتشاشي يك فرايند حالت جامد ميباشد كه براي تغيير و اصلاح ريزساختار، بهبود خواص مكانيكي و توليد كامپوزيت سطحي استفاده ميشود. در اين پژوهش، با استفاده از فرآوري اصطكاكي اغتشاشي به توليد كامپوزيت سطحي زمينه فلزي بر روي سطح ورق آلومينيم 5083 با ذرات تقويت كننده اكسيد تيتانيم در دو نوع 5 ميكرون و 80 نانو استفاده گرديد. كامپوزيت توليد شده با فرآوري اصطكاكي اغتشاشي توسط ميكروسكوپهاي نوري و الكتروني مورد بررسي قرار گرفت. اثر اندازه پودر و تعداد پاس فرآوري اصطكاكي اغتشاشي بر ريزساختار، ميكروسختي، استحكام كششي و خواص سايشي كامپوزيت توليد شده، مورد بررسي قرار گرفت. نتايج نشان ميدهد كه توليد لايه نانو كامپوزيتي با ذرات اكسيد تيتانيم داراي ساختاري با دانههاي ريزتر، سختي، استحكام و ازدياد طول بالاتري نسبت به كامپوزيت سطحي با ذرات ميكرون اكسيد تيتانيم دارد. همچنين نتايج نشان ميدهد با افزايش تعداد پاس، توزيع ذرات بهتر، سختي، استحكام و ازدياد طول بالاتر به دست ميآيد. بهترين نتيجه سختي، رفتار كششي و مقاومت به سايش در مقايسه با فلز پايه، مربوط به نمونه چهار پاسه با تغيير جهت چرخش در هر پاس كه با ذرات نانو تقويت شده است، ميباشد.

The fabrication of nano?composites is quite challenging because uniform dispersion of nano?sized reinforcements in metallic substrate is difficult to achieve using powder metallurgy or liquid processing methods. Friction stir processing (FSP) is a new solid-state process used to modify the refinement of microstructure, improvement of material’s mechanical properties and production of surface layer composites. In this investigation via friction stir processing, metal matrix composite surface (MMCs) was fabricated on surface of 5083 aluminum sheets by means of 5 ?m and 80 nm TiO2 particles. The friction processed surface composite layer was analyzed through optical and scanning electron microscopical studies. Effects of reinforcing particle size and FSP pass number on the microstructure, microhardness, on tensile and wear properties of the developed surfaces were investigated. Results show that the nanocomposite layer created by TiO2 particles exhibits a microstructure with smaller grains and higher hardness, strength, and elongation compared to the composite TiO2 layer produced by particles. Increasing FSP pass numbers results in improved distribution of particles, finer grains, and higher hardness, strength, elongation, and wear resistance. The surface composite layer resulted in four passes with change in rotation direction with nano particle reinforcement exhibiting better properties in hardness, tensile behavior and wear resistance compared to the behavior of the base metal.