روش ساخت و بررسي خواص ريزساختاري و رفتار سختي كامپوزيت هيبريدي زمينه فلزي با فازهاي به هم پيوسته آلومينيوم/آلومينا- نانوالماس

Fabrication Method, Microstructural Characteristics and Hardness Behavior of Interpenetrating Phases Hybrid Aluminum/Alumina-Nanodiamond Metal Matrix Composite

در اين پژوهش، اثر افزودن نانو الماس (ND) بر ريزساختار و رفتار سختي كامپوزيت‌هاي هيبريدي با زمينۀ پيوسته آلومينيوم/آلومينا مورد بررسي قرار گرفت. ساخت كامپوزيت‌ها از طريق يك فرآيند دو مرحله اي انجام شد. در مرحلۀ اول، پيش‌فرم‌هاي هيبريدي آلومينا-ND تهيه و سپس آلياژ آلومينيوم خالص مذاب به پيش‌فرم‎ها فلزخوراني شد. پيش‌فرم‌ها به روش ماسك با استفاده از فوم پلي‌يورتان و دوغاب آلومينا-ND با محتويات مختلف (0، 1، 3 و 10 درصد حجمي نانوالماس) ساخته شدند. پيش‌فرم‌ها در دماي 1500 درجۀ سانتي‌گراد به مدت 4 ساعت تحت حفاظت گاز آرگون سينتر شدند. در نهايت، كامپوزيت‌ها با نفوذ مذاب آلومينيوم به پيش‌فرم‌ها از طريق روش ريخته‌گري فشاري ساخته شدند. ريزساختار كامپوزيت‌هاي ساخته شده با استفاده از ميكروسكوپ‌هاي الكتروني روبشي مورد تجزيه و تحليل قرار گرفت. سختي كامپوزيت‌ها با استفاده از دستگاه سختي سنج ويكرز اندازه‌گيري شد. نتايج ارزيابي‌هاي ريزساختاري توزيع خوبي از ND را در كامپوزيت داد. نتايج آزمون سختي ويكرز نشان داد كه افزايش درصد حجمي ND باعث افزايش سختي كامپوزيت به 8/263 ويكرز در حجم 10 درصد حجمي شد.

In this research, the effect of adding nanodiamond (ND) on the microstructure and hardness behavior of aluminum/alumina continuous matrix hybrid composites was investigated. The fabrication of composites was done through a two-step process. In the first stage, alumina-ND hybrid preforms were prepared and then pure aluminum alloy was metallized to the preforms. The preforms were made by the mask method using polyurethane foam and alumina-ND slurry with different contents (0, 1, 3 and 10 volume percent of nanodiamonds). The preforms were sintered at 1500 degrees Celsius for 4 hours under the protection of argon gas. Finally, the composites were made by infusing molten aluminum into the preforms through the pressure casting method. The microstructure of the fabricated composites was analyzed using scanning electron microscopes. The hardness of the composites was measured using a Vickers hardness tester. The results of microstructural evaluations showed a good distribution of ND in the composite. The results of the Vickers hardness test showed that increasing the volume percentage of ND increased the hardness of the composite to 263.8 Vickers at a volume of 10% by volume.