در این مقاله درباره (ریخته گری کامپوزیت پیشرفته) بحث و بررسی خواهیم کرد با ما تا انتهای مقاله همراه باشید.
چکیده:
هدف از پژوهش حاضر ارائه روشی ابتکاری برای تولید ریخته گری پایه فلزی با فاز تقویت کننده الیافی سه بعدی پیوسته به صورت فوم سلول باز فلزی است. در پژوهش حاضر فاز مادر آلیاژ زاماک 9 و جنس فاز تقویت کننده سه بعدی پیوسته، فوم مسی خالص است. در این روش فوم مسی سلول باز در داخل قالب فلزی جایگذاری می شود. سپس مذاب زاماک با فوق گداز مناسب از بستر فوم مسی عبور نموده و کل قالب فلزی پر می شود. در این صورت کل شبکه سه بعدی متخلخل فومی مسی به عنوان فاز دوم صلب در داخل زمینه آلیاژ زاماک قرار میگیرد.
برای اتصال بین زاماک و شبکه مسی سه بعدی نیاز است، فصل مشترک این دو، دارای اتصال نفوذی اندکی باشد که بتواند تنش را به خوبی منتقل کند. از این رو این اتصال با فوق گدازهای مختلف و ضخامت های مختلف الیاف شبکه مسی، مورد بررسی و آزمون قرار گرفت. نتایج نشان میدهد که ضخامت الیاف مسی باضخامت تقریبی 800 میکرومتر، PPI10-8 و دمای فوق گداز حدود 49 سلسیوس، بهترین نتایج را برای نفوذ جرمی مس در مفصل مشترک شبکه مسی با زمینه زاماک، بدون عیوب سرد جوشی و نیامد، فراهم میآورد. همچنین شبکه سه بعدی مسی به عنوان مبرد داخلی باعث ساختار دندریتی ریز می شود.
مقدمه:
امروزه یکی از حوزه هایی که نظر محققین و مهندسین مواد را به خود جلب نموده، حوزه مواد ریخته گری کامپوزیت, پیشرفته است. در این زمینه، مواد مرکب و فوم های فلزی، نرخ تولیدات علمی نسبتاً بالایی در ده سال اخیر به خود اختصاص داده اند. لذا در ادامه به طور مختصر به شرح این دو موضوع پرداخته می شود.
فوم های فلزی به عنوان یک ماده پیشرفته، هر روزهدر حال توسعه هستند. این فوم های فلزی به دو صورت سلول باز و سلول بسته، امروزه تولید میشوند. در مورد خواص فیزیکی، حرارتی، مکانیکی و غیره، کتب و مقالات زیادی ارائه شده است.
فوم های فلزی سلول باز به عنوان یک فلز متخلخل به علت دانسیته ظاهری بسیار پایین و سطح تماسی بالا در صنایع مبدل حرارتی و یونی کاربردهای بسیار زیادی را به خود اختصاص داده اند. فوم های فلزی سلول باز با توجه به تعداد حفره در واحد اینچ (PPI) و دانسیته مورداستفاده قرار میگیرند و خواص آنها بیشتر تابع این دو پارامتر تولیدی است. میزان عبور سیال از فضای متخلخل فوم های فلزی سلول باز تحت عنوان نفوذپذیری بیان می شود و دارای واحد سطح است. لذا سختی یا کندی عبور مایع از یک محیط متخلخل با توجه به رابطه دارسی، تابع ویسکوزیته سیال و پارامتر نفوذپذیری مذکور است.
این پارامتر بین صفرتا بینهایت متغیر است. پارامتر نفوذپذیری؛ از میزان سطح در واحد حجم یک محیط متخلخل تبعیت میکند. به عبارتی ساده تر یک سانتیمتر مکعب فوم متخلخل، چند سانتیمتر مربع سطح تماسی دارد؟. هرچه سطوح تماسی بیشتر و هندسه حفره ها یا تودرتو بودن حفرات محیط متخلخل بیشتر باشد، مقاومت سیال مذاب برای نفوذپذیری در محیط متخلخل فوم مسی سلول باز، بیشتر شده و پر شدن قالب حاوی فوم مذکور، سختتر خواهد شد.
مواد و روش تحقیق:
در تحقیق حاضر، ابتدا به روش شیمی تر اسفنج های پلیمری پلی اورتان با PPI ،10-8 به صورت سطحی باردار شده، سپس به روش الکترولس روی سطح آنها بین 90 الی 40 میکرومتر مس الیه نشانی شد. در قدم بعد این فوم های سلول باز پلی اورتان با سطح مسی، در وان الکترولیز به کمک یک رکتی فایر، الیه مس به ضخامت تقریبی 520-490 میکرومتر روی آنها الکترولیز شد. (شکل 1)، نمایی از این مراحل را نشان می دهد. ابعاد نمونه ها 19×29×40 میلیمتر بود.
به طوری که شبکه های فومی مسی، کاملا در وسط قالب فلزی قرار گیرند و یک سانتیمتر زیر و بالای آنها با آلیاژ زاماک بدون شبکه مسی پر شود. لذا نمونه هایی که ریخته گری کامپوزیت پیشرفته میشوند، فقط 9 سانتیمتر از ارتفاع 5 سانتیمتری آنها توسط شبکه سه بعدی مس خالص، تقویت خواهد شد.
شکل1: نمایی از تبدیل اسفنج پولی اورتان به فوم مسی
در مرحله بعد فوم اسفنجی پوشش داده شده فوق، در داخل کوره با دمای 290 سلسیوس به مدت 40 دقیقه قرار گرفت تا تمام جرم پلی اورتان آن تبخیر و خارج شود. در این صورت فوم اولیه فلزی سلول باز موسوم به پیش ماده، تهیه شد. مجدداً این فوم مسی، پس از تمیزکاری سطوح آن، در داخل وان الکترولیز قرارگرفته و ضخامت شبکه مسی نهایتاً به 800 میکرومتر میرسد (ضخامت کل سه الیه مس).
در واقع از این فوم مسی با شبکه سه بعدی متخلخل با الیافی پیوسته باضخامت 800 میکرومتر پوشش مس، به عنوان فاز تقویت کننده سه بعدی، برای ساخت کامپوزیت پایه فلزی زاماک 9 استفاده میشود. در قدم بعد مطابق شکل (2)، قالب فلزی از جنس فوالد 45CK با محفظه داخلی به ابعاد 19×40×80 میلیمتر طراحیشده که اختلف ارتفاع مذاب ریزی در آن بتواند بر پارامتر نفوذپذیری مذاب از تخلخل های فوم مسی غلبه کند. سپس با قرار دادن فوم مسی در وسط محفظه قالب مذکور و مونتاژ دو لنگه قالب فوالدی، قالب آماده برای ریخته گری شد. برای ریخته گری کامپوزیت پیشرفته از آلیاژ زاماک 9 استفاده شده است.
شکل2: نمایی از قالب فلزی طراحی شده برای ریخته گری: الف( قالب فلزی، ب( جایگذاری فوم سه بعدی سلول باز در قالب و نصب ترموکوپل، ج( مونتاژ قالب برای ذوب ریزی و ثبت دما با دیتالوگر، د( قطعه پس از ریخته گری زاماک
نتایج و بحث:
پس از ریخته گری ثقلی مذاب زاماک 9 با چهار فوق گداز نتایج نشان داد که بهترین فوق گداز مذاب زاماک که میتواند شبکه سه بعدی فوم مسی را بدون سرد جوشی و نیامد، پر کند، حدود 49 درجه سلسیوس است. با توجه به برد کوتاه شش درجه انجمادی این آلیاژ (480-484) یا همان فاصله عمودی خط لیکوئیدوس و سالیدوس، پر نمودن شبکه فومی با میزان تخلخل PPI 10-8 ، در دما 290 درجه سلسیوس موفق بود. در کمتر از این دما، شبکه مسی به دلیل عیب نیامد پر نمیشد و در دمای باالی 290 درجه حفره های گازی در آن به وجود می آمد.
همچنین ساختار سه بعدی فوم مسی در دماهای بالایی 900 درجه سلسیوس، به علت پدیده انحلل تارهای نازک 800 میکرومتری مسی از بین میرفت.
بدون دیدگاه