توليد كامپوزيت درجا آلومينيوم- نيكل بر سطح آلياژ آلومينيوم 2024 با استفاده از فرايند اصطكاكي اغتشاشي

Fabrication of in situ Al-Ni surface composite on 2024 aluminum alloy by friction stir processing

در پژوهش حاضر، تاثیر فرایند اصطكاكی اغتشاشی بر آلیاژ آلومینیوم 2024 و تولید كامپوزیت سطحی آلومینیوم ـ نیكل بر سطح این آلیاژ با استفاده از فرایند اصطكاكی اغتشاشی مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور فرایند اصطكاكی اغتشاشی با سرعت چرخشی ابزار 1250 دور بر دقیقه و سرعت خطی 24 میلی‌متر بر دقیقه بدون افزودن پودر و با اعمال پودر خالص نیكل انجام شد. سطح مقطع نمونه‌ها توسط میكروسكوپ نوری، میكروسكوپ الكترونی روبشی و سختی سنجی مورد ارزیابی قرار گرفت. جهت شناسایی نوع فازها و تركیبات از آزمون پراش پرتو ایكس (XRD) و طیف سنجی پراش انرژی پرتو ایكس (EDS) استفاده گردید. همچنین برای ارزیابی مقاومت به سایش نمونه‌ها، آزمون سایش رفت و برگشتی بكار برده شد. نتایج نشان می‌دهد اندازه دانه بعد از انجام فرایند اصطكاكی اغتشاشی به 3/0 برابر اندازه دانه فلز كاهش یافته است و سختی فلز پایه از حدود 54 ویكرز افزایش قابل توجه‌ای داشته است و در حالت بیشینه خود به 120 ویكرز رسیده است. نتایج در مورد كامپوزیت تولید شده نشان می‌دهد، ذرات تقویت كننده به صورت یكنواخت در نواحی نزدیك به سطح در زمینه توزیع شده‌اند و همچنین تركیب بین‌فلزی Al3Ni به صورت درجا تشكل شده است به همین دلیل سختی در ناحیه اغتشاشی افزایش یافته و در حالت بیشینه خود به 129 ویكرز رسیده است. انجام فرایند اصطكاكی اغتشاشی و تولید كامپوزیت درجا با این روش موجب بهبود مقاومت به سایش فلز اولیه شده است.

In this research, in situ Al-Ni surface composite produced on 2024 aluminum alloy using friction stir processing (FSP). FSP performed at a tool rotating rate of 1250 rpm and travel speed of 24 mm/min with and without nickel powder. Metallographic images show that the grain size after FSP has reached about 30% of primary metal grain size. With the addition of nickel powder, intermetallic compound of Al3Ni is formed in situ. Micro-Vickers test demonstrates that the reinforcement particles (Ni) have uniform distribution near the surface of primary metal. After FSP, primary metal hardness of about 54 vickers reached to in its maximum value of 120 vickers and 129 vickers in stir zone without and with addition of nickel powder, respectively. The results show that the fabrication of in situ composite using FSP has improved the wear resistance of the primary metal.