مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بررسی تاثیر متغیرهای فرایند آسیای مکانیکی و آلیاژسازی مکانیکی به منظور تهیه پودر کامپوزیتی Al6063-SiC از براده‌های آلیاژ آلومینیوم Al6063

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان
پریسا فکری دولت آباد 1
وحید پویافر 1
رامین مشک آبادی 2
1 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز
2 دانشکده فناوری‌های نوین، دانشگاه محقق اردبیلی،
چکیده
ریزساختار بدون نقص کامپوزیت­های زمینه فلزی، توزیع یکنواخت ذرات و خواص خوب آن­ها، توسط متغیرهای روش تولید و مواد زمینه و تقویت­کننده تعیین می­شود. در این تحقیق از آسیای گلوله­ای سیاره­ای با انرژی بالا برای ساخت پودر کامپوزیتی Al6063-SiC استفاده شده است. براده­های آلومینیوم با زمان و ­نسبت وزنی گلوله به پودر (BPR) مختلف در آسیای گلوله­ای سیاره­ای با انرژی بالا آسیاکاری شدند. پودر بهینه حاصله، با افزودن درصدهای وزنی مختلف کاربید سیلسیم (SiC) با نسبت وزنی گلوله به پودر در زمان­های مختلف، آلیاژ­سازی مکانیکی گردیدند. طی فرایند آسیاکاری تحت جو آرگون، از اسید استئاریک به عنوان عامل کنترل فرایند (PCA) برای جلوگیری از جوشکاری سرد بیش از حد و کلوخه­ای شدن پودر استفاده شده است. پس از آلیاژسازی مکانیکی، تاثیر متغیرهای فرایند شامل زمان آلیاژسازی، نسبت وزنی گلوله به پودر و درصد وزنی کاربید سیلسیم با مقادیر مختلف بر روی پودر کامپوزیتی از نظر مورفولوژی توسط آنالیز اندازه ذرات (PSA) و میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی (FESEM) و از نظر ترکیبات فازی توسط طیف­سنجی پراش اشعه ایکس (XRD)­ مورد بررسی قرار گرفت. با توجه به الگوی پراش اشعه ایکس نمونه­ها، اندازه دانه از طریق مدل ویلیامسون-هال محاسبه گردید. نتایج حاصل از انجام فرایند آسیای مکانیکی و آلیاژسازی مکانیکی نشان داد که در زمان­های آسیای کوتاه با نسبت وزنی گلوله به پودر بالا می­توان به پودر کامپوزیتی با اندازه ذرات ریز­تر دست یافت. همچنین وجود ذرات تقویت­کننده کاربید سیلسیم موجب تسریع در فرایند آسیای مکانیکی شده و کاهش بیشتر اندازه ذرات را موجب می­شود.
کلیدواژه‌ها
کامپوزیت‌های زمینه فلزی
آسیای مکانیکی براده‌ها
آلیاژسازی مکانیکی
کامپوزیت Al6063-SiC

موضوعات

عنوان مقاله English

Investigation of the effect of mechanical milling and alloying parameters for the preparation of Al-SiC composite powder from Al6063 alloy chips

نویسندگان English

Parisa Fekri Dolatabad 1
vahid Pouyafar 1
Ramin Meshkabadi 2
1 Faculty of Mechanical Engineering, University of Tabriz
2 Faculty of Advanced Technologies, University of Mohaghegh Ardabili
چکیده English

The defectless microstructure of metal matrix composites, the uniform distribution of particles and their good properties are determined by the production parameters and the base material and reinforcement. In this study, high-energy planetary ball mill was used to fabricate Al6063-SiC composite powder. Aluminum chips were milled with different time and ball to powder weight ratio (BPR) in high energy planetary ball mill. The resulting powder was mechanically alloyed by adding different weight percentages of silicon carbide (SiC) and BPRs at different times. During the milling process under argon atmosphere, stearic acid was used as a process control agent (PCA) to prevent excessive cold welding and agglomeration of the powder. After mechanical alloying, the effect of alloying time, BPRs and weight percentage of silicon carbide, on the obtained composite powder were examined morphologically by particle size analysis (PSA), field emission scanning electron microscope (FESEM), and the fuzzy compounds by X-ray diffraction (XRD) spectroscopy. According to the X-ray diffraction pattern of the samples, grain size was calculated using the Williamson-Hall model. The results of mechanical milling and alloying process have shown that in short milling times with high BPRs composite powder with finer particle size could be achieved. Also, the presence of silicon carbide reinforcing particles accelerates the process of mechanical alloying and further reduces the particle size.

کلیدواژه‌ها English

Metal-matrix composites
Mechanical milling
Mechanical Alloying
Al6063-SiC composite
1- Ghasemi P, Rahmani O. An experimental investigation of energy absorption in GLARE fiber metal laminates reinforced by CNTs under low velocity impact. Modares Mechanical Engineering. 2018;18(8):81-91.
2- Sharma DK, Mahant D, Upadhyay G. Manufacturing of metal matrix composites: A state of review. Materials Today: Proceedings. 2020;26:506-19.
3- Asgharzadeh H, Simchi A, Kim H. In situ synthesis of nanocrystalline Al6063 matrix nanocomposite powder via reactive mechanical alloying. Materials Science and Engineering: A. 2010;527(18-19):4897-905.
4- Sattari S, Jahani M, Atrian A. Effect of volume fraction of reinforcement and milling time on physical and mechanical properties of Al7075–SiC composites fabricated by powder metallurgy method. Powder Metallurgy and Metal Ceramics. 2017;56(5):283-92.
5- Pradeep Devaneyan S, Ganesh R, Senthilvelan T. On the mechanical properties of hybrid aluminium 7075 matrix composite material reinforced with SiC and TiC produced by powder metallurgy method. Indian Journal of Materials Science. 2017;2017.
6- Samal P, Vundavilli PR, Meher A, Mahapatra MM. Recent progress in aluminum metal matrix composites: A review on processing, mechanical and wear properties. Journal of Manufacturing Processes. 2020;59:131-52.
7- Qu X, Wang F, Shi C, Zhao N, Liu E, He C, et al. In situ synthesis of a gamma-Al2O3 whisker reinforced aluminium matrix composite by cold pressing and sintering. Materials Science and Engineering: A. 2018;709:223-31.
8- Xu C, Wei B, Ma R, Liang J, Ma X, Wu D. Fabrication of aluminum–carbon nanotube composites and their electrical properties. Carbon. 1999;37(5):855-8.
9- Kwon H, Estili M, Takagi K, Miyazaki T, Kawasaki A. Combination of hot extrusion and spark plasma sintering for producing carbon nanotube reinforced aluminum matrix composites. Carbon. 2009;47(3):570-7.
10- Zhou S, Zhang X, Ding Z, Min C, Xu G, Zhu W. Composites Part A: Appl. Sci. 2007;38:301-6.
11- Wu Y, Kim G-Y. Carbon nanotube reinforced aluminum composite fabricated by semi-solid powder processing. Journal of Materials Processing Technology. 2011;211(8):1341-7.
12- Suryanarayana C, Al-Aqeeli N. Mechanically alloyed nanocomposites. Progress in Materials Science. 2013;58(4):383-502.
13- Aslibeiki B, Kameli P. Structural and magnetic properties of Co/Al2O3 cermet synthesized by mechanical ball milling. Ceramics International. 2020;46(12):20116-21.
14- Suśniak M, Pałka P, Karwan-Baczewska J. Influence of milling time on the crystallite size of AlSi5Cu2/SiC composite powder. Archives of Metallurgy and Materials. 2016;61.
15- Surya MS, Gugulothu S. Fabrication, mechanical and wear characterization of silicon carbide reinforced Aluminium 7075 metal matrix composite. Silicon. 2021:1-10.
16- ŞİMŞEK D, SİMSEK İ, ÖZYÜREK D. Production and Characterization of Al-SiC Composites by Mechanical Milling. Bitlis Eren Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi. 2019;8(1):227-33.
Bhouri M, Mzali F. Study of Al 2017 alloy prepared by recycling method via powder metallurgy route. Advances in Materials, Mechanics and Manufacturing: Springer; 2020. p. 9-16.
17- Canakci A, Varol T. A novel method for the production of metal powders without conventional atomization process. Journal of Cleaner Production. 2015;99:312-9.
18- Dinnebier R, Billinge S. The Bragg equation derived. 2019.
19- Dey PC, Das R. Impact of silver doping on the crystalline size and intrinsic strain of MPA-capped CdTe nanocrystals: A study by Williamson–Hall method and size–strain plot method. Journal of Materials Engineering and Performance. 2021;30(1):652-60.
20- Zhang D. Processing of advanced materials using high-energy mechanical milling. Progress in Materials Science. 2004;49(3-4):537-60.
21- Benjamin JS, Volin T. The mechanism of mechanical alloying. Metallurgical Transactions. 1974;5(8):1929-34.
22- Suryanarayana C. Mechanical alloying and milling. Progress in Materials Science. 2001;46(1-2):1-184.
23- Fogagnolo J, Velasco F, Robert M, Torralba J. Effect of mechanical alloying on the morphology, microstructure and properties of aluminium matrix composite powders. Materials Science and Engineering: A. 2003;342(1-2):131-43.
24- Kamboj A, Kumar S, Singh H. Fabrication and characterization of Al6063/SiC composites. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture. 2013;227(12):1777-87.
مهندسی مکانیک مدرس
دوره 22، شماره 2
بهمن 1400
صفحه 133-142