توسعه كامپوزيت هيبريدي آلومينيوم-مس بر سطح ورق آلومينيم به صورت درجا با استفاده از فرآيند اصطكاي اغتشاشي

Fabrication of surface hybrid Al-Cu composite layer on aluminum plate by friction stir processing

پژوهش حاضر به بررسي امكان تشكيل تركيبات بين فلزي CuAl و CuAl2 د رحالت جامد و با استفاده از فرآيند اصطكاكي اغتشاشي بر سطح آلياژ آلومينيوم Al 1100 اختصاص دارد. اين در حاليست كه تشكيل تركيبات مورد نظر با توجه به دياگرام فاز Al-Cu تنها در محدوده 500-400 درجه سانتيگراد امكان پذير است. به منظور تهيه كامپوزيت هاي هيبريدي زمينه آلومينيوم تقويت شده با مخلوط ذرات CuAl و CuAl2، پوششي از مس خالص به ضخامت 200µm بر سطح ورق آلومينيوم توسط فرآيند پاش پلاسماي اتمسفري ايجاد شد. در ادامه فرآيند اصطكاكي اغتشاشي بر روي نمونه هاي پوشش داده شده، طي چهار پاس با پارامترهاي W:80orpm & V:25mm/min به منظور دست يابي به توزيع يكنواخت از ذرات تقويت كننده به صورت درجا انجام شد. ارزيابي هاي مربوط به تشكيل فازها، ريز ساختار و خواص مكانيكي نمونه ها به ترتيب توسط پراش اشعه ايكس (XRD)، ميكروسكوپ نوري (OM) و ريز سختي سنجي انجام شد. آناليز تصاوير متالوگرافي با نرم افزار Image Tools انجام شد. نتايج ريزسختي سنجي كامپوزيت سطحي معادل 120HV و تقريبا دو برابر سختي آلومينيوم زمينه (50HV) بدست آمد. كاهش اندازه دانه هاي ناحيه اغتشاشي از 8 به 1 ميكرون در اثر تركيب فرآيند اصطكاكي اغتشاشي، توزيع ذرات تركيب بين فلزي و تشكيل محلول جامد Al-Cu حاكي از تاثير تشكيل محلول جامد و تركيبات بين فلزي بر مكانيزم هاي تبلور مجدد و كمك به تشيكل دانه هاي ريزتر در ناحيه اغتشاش مربوط به نمونه ي پوشش داده شده در مقايسه با نمونه ي بدون پوشش است. پس از فرآيند اصطكاكي اغتشاشي، عمليات حرارتي به منظور بررسي پايداي حرارتي نمونه ها به مدت 10 ساعت در دماي 550 درجه سانتي گراد انجام شد. سطح بالاي پايداري حرارتي براي نمونه هاي فرايند شده بدست آمد.

Friction stir processing (FSP) has been developed to produce upper surface modification of metallic materials in recent years.While temperature range for the formation of CuAl and CuAl2 intermetallics is 400-500 C, in this research the feasibility to get CuAl and CuAl2 intermetallic compounds in the solid state by use of friction stir processingwas successfully studied. In order to make bulk aluminum-base hybrid composite reinforced with mixtures of CuAl and CuAl2 particles, Cu coating of 200m thickness was produced on the surface of Al1100 aluminum alloy by air plasma spraying of Cu powders. The coated material was then subjected to friction stir processing (FSP) to get in-situ synthesized Al-Cu intermetallic particles, distributed as reinforcements into the Al matrix surface composite. 4 passes of FSP with processing parameters of W:80orpm & V:32mm/min were performed on the coated materials in order to get the preferred distribution of intermetallics. Phase evolution, Microstructure and mechanical properties of samples were investigated by X-ray diffraction, optical microscopy (OM) and microhardness measurements. The microhardness of the surface composite was similar to 120 Hv, nearly twice of similar to 50 Hv for Al1100 substrate. The combination of FSP and fine particle intermetallic distribution was found effective on the reduction of grain size of the nugget zone from 8 m to 1 m. Meanwhile, high level of thermal stability was reported for the processed material after 10 hr of heat treatment at 550 °C.