بررسي تاثير پارامترهاي فرآيند توليد بر رفتار كامپوزيت Al(Zn)-/Al2O3–AlxCuy به روش تركيبي فعال سازي مكانيكي و سنتز احتراقي

Fabrication and optimization of Al(Zn)-/Al2O3–AlxCuy composite by mechanical alloying and combustion synthesis

كامپوزيت هاي Al(Zn)-/Al2O3–AlxCuy به علت ارزان بودن، پايداري شيميايي بالا، مقاومت در مقابل اكسيداسيون و سايش و مقاومت در دماهاي نسبتا بالا از جايگاه ويژه اي برخوردار مي باشند. توليد كامپوزيت فوق با استفاده از پودرهاي ZnO ،Al و CuOبه روش فعال سازي مكانيكي همراه با سنتز احتراقي مورد بررسي قرار گرفته است. در اين راستا زمان هاي مختلف آسيا كاري تا 60 ساعت براي نمونه هاي Al -10-20%wt.ZnO با مقادير يكسان از 6%wt.CuO در نظر گرفته شده است. همچنين عمليات حرارتي بر روي پودرهاي پرس شده در سه دماي 650، 920 و1150 درجه سانتي گراد در اتمسفر آرگون براي مدت زمان يك ساعت انجام شده است. اثر دماي عمليات حرارتي، ميزان ZnO و زمان آسياكاري بر روي ريزساختار، تركيب فازي، تراكم پذيري وسختي نمونه هاي كامپوزيتي به ترتيب توسط مشاهدات ميكروسكوپ الكتروني، آزمون تفرق اشعه X، روش ارشميدس و سختي سنجي ويكرزمورد بررسي قرار گرفته است. با استفاده از روش رويه پاسخ (RSM) و با توجه به طراحي باكس بهنكن (سه فاكتور به بالا و هر فاكتور در سه سطح) بهينه سازي داده ها انجام گرفت. نتايج نشان مي دهد كه با افزايش زمان آسيا كاري، كرنش شبكه اي افزايش و اندازه كريستاليت ها به 20 نانومتر كاهش مي يابد. براي نمونه با شصت ساعت آسياكاري پيك هاي Al2O3 و Al4Cu9 هر چند ضعيف بر روي الگوي XRD قابل مشاهده مي باشد. بر اساس نتايج مدل RSM، با افزايش زمان آسيا كاري در شرايط دما و تركيب ثابت دانسيته نمونه هاي كامپوزيتي كاهش اما سختي تا سقف 295 ويكرز افزايش مي يابد كه مطابق با داده هاي تجربي مي باشد. افزايش مقدار اكسيد روي در شرايط زمان آسياكاري و دماي عمليات حرارتي ثابت سبب افزايش دانسيته و سختي نمونه كامپوزيتي مي شود. تغييرات دماي عمليات حرارتي روند معيني بر روي سختي ندارد. نتايج DTA نشان مي دهدكه افزايش زمان آسياكاري دماي مربوط به شروع واكنش آلومينوترميك و تشكيل تركيبات بين فلزي كاهش يافته و در نتيجه مي تواند كاهش دماي زينتر را به همراه داشته باشد.

Aluminum matrix composites due to low cost، high chemical stability، resistance to oxidation، resistance to abrasion and high mechanical strength at relatively high temperatures have a good status among advanced materials. This paper reports the synthesized Al(Zn)/Al2O3-AlxCuy composite by mechanical alloying and combustion synthesis in Al-ZnO-CuO system. A mixture of Al، ZnO، and CuO powders with different composition (Al-10-20wt.%ZnO with 6wt%CuO) are subjected to high-energy milling with different time of 0-60h. The compacted samples were sintered at different temperature (650-1150 ). X-ray diffraction results of ball-milled samples show that the Al2O3 phase is partially formed after sixty hours of ball-milling and the peaks of CuO are disappeared because of becoming amorphous state. By increasing milling time، the grain size is decreased and it is estimated that minimum grain size for sample (20 nanometer). Based on the model of RSM (Response surface methodology is used to optimize mechanical properties through box-behnken design)، by increasing of ball-milling time in stationary conditions of sintering temperature and composition، the density of composite samples will be decreased while، the hardness will be increased to 295 Vickers that is accordance with experimental values. Increasing of ZnO content in stationary conditions of sintering temperature and ball-milling time causes increasing of density and hardness of composite samples. Thermal Analysis investigations show that with increasing milling time، due to mechanical activation and entrance of alloy elements into aluminum، melting point of aluminum (from 667 to 622 .) and starting temperature of alumio-thermic reaction (from 661 to 649 .) is reduced.