توليد كامپوزيت هاي نانوساختار آلومينيوم- كاربيد بور به روش اتصال تجمع ي نورد
علي يزداني1

چكيده
كامپوزيتهاي Al/B4C توجه بسياري از پژوهشگران و صنعتگران حوزههاي نظامي، هستهاي، حمل و نقل و رايانه را به خود جلب كرده است. در اين پژوهش، ساختار ورقهاي اين مواد كامپوزيتي توليد شده با روشي بر پايه اتصال تجمعي نورد مورد توجه قرار گرفت. نتايج نشان دادند كه با بكارگيري كاهش سطح مقطع نوردي 66 درصد در مراحل افزودن لايهي تقويت كننده و پس از آن با كاهش سطح مقطع 50 درصد، جوش سردي مناسب بين ورقها ايجاد ميشود. تجزيه و تحليل اشعهي ايكس و ميكروسكوپ الكتروني عبوري نشان داد كه پس از 7 سيكل اتصال تجمعي نورد، دانههايي نانوساختار و كشيده شده در جهت نورد توسعه مييابند. افزون بر اين، پس از 7 سيكل اتصال تجمعي نورد، توزيعي مناسب از ذرات تقويت كنندهي كاربيد بور در زمينهي نانوساختار آلومينيوم بدست آمد كه بيانگر كارايي مناسب اين روش توليد است.

واژههاي كليدي: كامپوزيتهاي زمينه فلزي، مواد نانوساختار، اتصال تجمعي نورد، ريزساختار.

1- نويسندهي مسئول، مربي و عضو هيئت علمي دانشگاه صنعتي مالك اشتر، [email protected]
پيشگفتار
كامپوزيتهاي زمينه فلزي با داشتن نسبت استحكام به وزن، سفتي و مقاومت به سايش بالا در صنايع گوناگون بسيار مورد توجه هستند. آلومينيوم به واسطه ي دانسيتهي كم، قابليت توليد آسان و ويژگيهاي مهندسي مناسب، رايج ترين زمينهي فلزي در ساخت اين كامپوزيتها بويژه در صنايع نظامي، حمل و نقل و هوافضا بشمار ميرود [2 و 1]. تقويت كنندههاي رايج در ساخت كامپوزيتهاي زمينه آلومينيوم، سراميكهاي 3TiC ،SiC ،Al2O و B4C ميباشند. در حالي كه 3Al2O و SiC تقويت كنندههاي رايج در اين موادند، پژوهشهاي محدودي بر B4C انجام شده است. B4C داراي پايداري شيميايي و حرارتي قابل توجهي است و مهمتر از آن، داراي دانسيتهي كمتر و سختي بالاتر نسبت به 3Al2O و SiC است و قابليت زيادي در جذب نوترون دارد[3 و 2]. استحكام كامپوزيتهاي Al/B4C مرهون ذرات B4C و وزن سبك و تافنس آنها مرهون زمينهي Al ميباشد. كاربردهاي شاخص كامپوزيتهاي Al/B4C در زير بيان شده اند كه البته با بهبود ويژگيها از راه بهينه سازي فرآيند توليد قابل گسترش نيز ميباشند:
الف) كاربردهاي نظامي (Military): كامپوزيتهاي Al/B4C در انواع زره پوشهاي نظامي بسيار مورد توجهاند. به گونهي ويژه، در ساخت جليغهي ضد گلوله انعطاف پذير نرم، زره سينه صلب، كلاه خود باليستيك و كلاه جنگي مشبك و وسايل حمل و نقل نظامي زميني، دريايي و هوايي نظير هواپيما و بالگرد بكار ميروند [4].
مزيت كامپوزيتهاي Al/B4C در ساخت زره پوشهاي نظامي نسبت به فلزات و آلياژهاي سنتي وزن سبك و حد باليستيك 80 تا 90 درصدي آنهاست. شايان ذكر است كه بازدهي باليستيك رابطهي مستقيم با درصد B4C دارد. مزيت زره پوشهاي كامپوزيتي Al/B4C نسبت به سراميكها تافنس بالاتر است [5].
كاربردهاي هستهاي (Nuclear): يكي از دغدغههاي صنعت هستهاي كنترل و حفاظت از نشر ذرات مخرب و خطرناك نوترون ميباشد. در اين زمينه، موادي ائدهآل هستند كه ظرفيت بالايي براي جذب نوترون داشته و بر اثر برخورد نوترون با آنها، ايزوتوپهاي راديواكتيو ساتع نكنند[6]. B4C با داشتن اين ويژگي، يكي از كاربردهاي مهم كامپوزيتهاي Al/B4C را به عنوان جاذب نوترون در صنعت هستهاي، القا ميكند. اين كامپوزيتها در حمل و نقل و انبار ذخيرهي سوختهاي هسته اي مصرف شده (Spent) و مصرف نشده و تازه (Fresh) بكار ميرود [7 و
.[8
صنعت حمل نقل (Transportation): كامپوزيتهاي Al/B4C به واسطهي نسبت استحكام به وزن بالا در صنايع حمل و نقل زميني، دريايي و هوايي كاربرد دارند [10 و 9]. به گونهي خاص، در پيستون موتور و درام/ ديسك ترمز بخاطر وزن سبك، استحكام ، مدول ويژه و مقاومت به سايش بالا و ضريب انبساط حرارتي كم بكار ميروند [10].
صنعت كامپيوتر: كامپوزيتهاي Al/B4C بخاطر وزن سبك و ضريب انبساط حرارتي كم به عنوان زيرلايه (Substrate) در ساخت ديسكهاي سخت كامپيوتر بكار ميروند.
تاكنون پژوهشهاي قابل توجهي بر ويژگيهاي كامپوزيتهاي Al/B4C توليد شده به روشهاي ريختهگري [9 و 2] و متالورژي پودر [3] گزارش شده است. متغير اصلي پژوهشهاي انجام شده اندازه و درصد نسبي تقويت كننده B4C و اثر آن بر ساختار و ويژگيهاي مكانيكي و سايشي بوده است. در فرآيند ريختهگري، تمركز بر بهبود ويژگي ترشوندگي زمينه تقويت كننده است، ولي در فرآيند متالورژي پودر بر بهينه سازي فرآيند جهت دستيابي به كمترين تخلخل و اندازهي دانه تمركز شده است. در اين رابطه، روشهاي نويني مانند فرآيند اتصال تجمعي نورد (ARB) [11] جهت توليد ورقهاي كامپوزيتي زمينه فلزي قابل اجرا ميباشند كه در آن از مذاب يا روشهاي متالورژي پودر استفاده نميشود.
تاكنون گزارشهاي قابل توجهي مبني بر توليد كامپوزيتهاي Al/B4C با فرايند اتصال تجمعي نورد كه موضوع اين پژوهش ميباشد، منتشر نشده است. روي هم رفته، مزاياي روش ARB در قياس با روشهاي رقيب عبارتند از: امكان توليد ورقهاي كامپوزيتي با طول دلخواه، امكان ايجاد ساختارهاي ريز و فرا ريز، بهبود ويژگيهاي مكانيكي با دستيابي به ساختار ريز و فرا ريز، ارزاني نسبي فرآيند و عدم وجود مشكل تخلخل (كه در متالورژي پودر رايج است) و تر شوندگي ذره- زمينه (كه در ريخته گري مطرح است). در اين مقاله، ساختار و ويژگيهاي مكانيكي كامپوزيتهاي Al/B4C تهيه شده با فرآيند اتصال تجمعي نورد ارزابي ميشوند.

مواد و روشها
مواد اوليـهي ايـن پـژوهش ، ورق آلومينيـوم 1050 بـاضخامت 4/0 ميليمتر و با تركيب ارايه شده در جدول 1 وپودرB4C با اندازهي ذرات 3 ميكرون بـود. ورقهـايي بـاطول 20 و عرض 3 سـانتي متـر بريـده و در دمـاي 350 درجهي سانتيگراد در اتمسفر هوا بـه مـدت نـيم سـاعت،جهت تنش گيري آنيل شدند. جهـت سـاخت كامپوزيـت،ابتدا ورق ها با استون شسته و با برس فولادي آماده سازيسطحي گرديدند. بين 8 ورق ذكر شده 7 لايه پـودرB4C (هر لايه 1/1 درصد حجمي) با الك به گونـهي يكنواخـتپراكننده شد . سپس دو انتهاي مجموعهي ورق ها بـا سـيم مسي به هم بسته شدند تـا حـين نـورد روي هـم نلغزنـد.
سپس ورق ها با يك كاهش سطح 66 درصد نـورد (جـوشسرد) و ورق حاصل از طول به 3 بخش مساوي بريده شـد.
3 ورق هاي بدست آمده دوباره آماده سازي سطحي شـدند و 2 لايه ي ديگر پودرB4C (هر لايه 1/1 درصد حجمـي) با الك به گونه ي يك نواخت بين آنها پراكننـده و فـرآورده پس از مهار شدن با سيم مسي در دو انتها و كاهش سطح66 درصد نورد شدند. در نهايت، ورق ايجاد شده به دو نيمبريده و با كاهش سطح مقطع 50 درصد نورد و اين كار تـا8 مرحل ه (س يكل ARB) تك رار ش د (ش كل 1). تمـام فرآيندهاي نورد بدون استفاده از روانكار با سرعت 15 دوردر دقيقه و قطر غلتك 17 سانتي متري انجام شد.
سطح مقطع كناري ورقهاي جوش خورده (صفحهي حاوي جهات نورد و عمومي ورقها) پس از سنباده زني و پوليش با پارچه و خمير الماسه با ميكروسكوپ نوري مشاهده شد تا نحوهي جوش خوردن ورقها و توزيع تقويت كننده مشاهده شود. افزون بر اين، اندازهي بلورهاي زمينه با روش تفرق اشعهي ايكس (XRD, Philips Analytical PC-APD) و تابش Cukα تعيين شد. در واقع وقتي كريستالها كوچك و عيوب كريستال(كرنش) ماده افزايش مييابد، پيكهاي XRD پهن ميشوند. پهن شدگي ناشي از اندازه و كرنش با روش ويليامسون- هال تفكيك ميشود. اين روش از پهناي پيكها در نصف ارتفاع آنها (FWHM) يا مساحت زير پيكها استفاده ميكند و اندازهي كريستالها (نواحي كه مرز آنها اشعهي X را پراكنده ميكنند) و ميانگين كرنش ماده را بر اساس رابطه ي ز ير ارايه ميدهد:

Bcosθ=

D + 2εsinθ (1)
در اين رابطه ، B پهناي پ يك در نصف شدت يك پ يـك تفرق است . k ثابت ي است برابر با 9/0،λ طول موج اشـعه،Ө زاو يه براگ،D اندازه ي كر يستال وε كرنش مـيباشـد . در اين روش، B cosӨ بر حسب sinӨ رسم مـيشـ ود و عرض از مبدأ خط عبور كرده از نقاط اندازهي كر يـستال راميدهد. از سـوي ديگـر، صـفحهي حـاوي جهـات نـورد وعرضي كامپوزيت براي تعيين شكل و انـدازهي دانـههـا بـااســتفاده از ميكروســكوپ الكترونــي عبــوري (TEM) (Philips-FEG, 200 kV) ارزيابي شـد. جهـت نمونـهس ازي ورقه اي ن ازك ب راي مطالع ات TEM از روش بمباران يوني استفاده شد.

نتايج و بحث
شكل 2 تصوير ماكروسكوپي كامپوزيت تهيـه شـده تـاسيكل 8 را نشان ميدهد كه دچـار پـارگي و عيـب شـدهاست. ورقها تـا سـيكل 7 بـدون عيـب و پـارگي، فرآينـدARB را پشت سر گذاشتند، ولي نمونـههـا در سـيكل 8 معيوب مي شدند، به همين دليل نمونههاي توليد شـده تـاسيكل 7 مورد توجه قرار گرفتند. با افزايش تعـداد سـيكلARB ، از آن جايي كه اندازهي تغي يـ ر شـكل اعمـالي بـهماده افزايش مييابد، به گونهي مداوم چگالي نابه جاييهـاافزايش مي يابد. در نتيجه ، جهت كـاهش انـرژي سيـستم،مرزهاي كم زاويه و سپس با زاويه بزرگ در ساختار حاصلو ماده ريز دانهتر ميشود. حضور ذرات تقويت كننـده نيـزسبب تشديد ساز و كار ريـز شـدن دانـه مـيشـود [12].
افزايش چگالي نابـهجـايي و كـاهش انـدازهي دانـه سـببافزايش كرنش ماده و در نتيجه تردي مـيشـود . ايـن امـرسبب پارگي ورقها پس از سيكل هشتمARB شد. پـساز مرحله ي افزودن پودر بين 8 لايـهي Al و نـورد، تعـدادلايههايAl وB4C به ترتيـب 8 و 7 مـيباشـد . پـس ازتقسيم آن ها به 3 بخش، افزودن پودر 2 لايهي ديگر B4C و نورد دوباره، تعداد لايههايAl وB4C به ترتيـب 24 و23 مي باشد. تعداد لاي ههاي Al و B4C پس از سيكل nام ARB، به ترتيـبn 2×24 وn 2×23 خواهـد شـد. بـراي مثال، پس از سـيكل 8، تعـداد لايـههـايAl وB4C بـهترتيب برابر است با 3072 و 2944.
همراه با افـزودن لايـهي تقويـت كننـده بـين ورقهـا ، كاهش سطح مقطع 50 و 66 درصد آزمايش شـد. مطـابقبا شكلa 3، پس از افزودن 7 لايه ي تقويـت كننـده بـينورقها و نورد با كـاهش سـطح مقطـع50 درصـد، جـوشمناســبي بــين ورق هــا ايجــاد نــشد. شــكل b3 تــصوير ميكروسكوپ نوري مقطع كناري ورق كامپوزيتي را نـشانميدهد كه در مراحل افزودن لايهي تقويت كننده درصـدكاهش سطح مقطع 66 درصد و پـس از آن حـينARB همان 50 درصد بكار رفته اسـت. مـشاهده مـيشـود كـهجوش سرد ي م ناسب بين ورقها ايجاد شـده، بـه گونـهاي كه از هم قابل تفكيك نيستند و ماده يكپارچه شده اسـت.
در حين فرآيند بين ورقها جـوش سـرد ايجـاد مـيشـود . جوش سرد نوردي يك فرآيند جوشكاري حالت جامد است كه در آن باند اتم به اتم بين دو فلـز فقـط در اثـر اعمـالفشار بوجود ميآيد و هيچگونه فاز مايعي در حـين فراينـدايجاد نمي شود [13]. در عمل، هنگامي كه دو سطح عاري
از آلودگي با فشار بسيار بالا در نزديكـي هـم قـرار گيرنـد، اتصالي (پيوند متالورژيكي) مـستحكم بـين آنهـا بوجـود ميآيد. تئوري كه بـراي توجيـه سـاز و كـار جـوش سـردنوردي بيـان مـيشـود ، تئـوري فـيلم سـطحي مـيباشـد [15-13]. بـر اسـاس ايـن تئـوري، سـطح فلـزات در اثـر عمليــات ســطحي نظيــر برســكاري، ســخت شــده و انعطافپذيري كم تر مي گردد. لذا، در هنگام نورد، انعطـافپذيري اين لايهها بـه انـدازهي لايـه هـاي زيـرين نبـوده وبنابراين، در آنها ترك هـاي سـطحي ا يجـاد مـي شـود. بـاافزايش فشار، مواد تازه، بكر و عاري از آلـودگي (Virgin Metals) از بين تركهاي سـطحي بـه بيـرون اكـسترودميشوند. اين مواد تازه در مجاورت هم قرار گرفته و در اثرافزايش تدريجي فشار نورد به هم جوش خورده و پيونـديمتالورژيكي بـين آنهـا بوجـود مـيآيـد . بـه ايـن ترتيـب ورقهاي اوليه به هم جوش خورده و به سختي از يكـديگرقابل تشخيص هستند. روي هم رفته، جهت ايجـاد جـوشسرد بين لايهها، به يك تغيير شكل آستانه كـه كـمتـرينميزان تغيير شكل لازم براي ايجاد جوش سـرد طـي يـكمرحلهي تغيير شكل پلاستيك ميباشد، نياز اسـت كـه درمقادير كم تر از آن، هيچ پيوندي بوجود نيامـده و اگـر هـماتصالي ايجا د گردد با برداشتن نيرو شكسته ميشود. بايـدتوجه داشت كه تغيير شـكل آسـتانه بـه عـواملي از قبيـلاتمسفر جوشكاري، روش آماده سازي سطحي و نـوع مـاده(انعطاف پـذيري مـاده، ضـخامت، پيوسـتگي و پايـداري وپايداري لايه ي اكسيدي آن و…) وابسته است. در مورد اثـروجود پودر تقويت كننده بين ورقها بر نحوهي جوش سرداختلاف نظر وجـود دارد. ليـو و همكـارانش [16] گـزارشكردهاند كه حضور نانوذرات بين ورقهـا كيفيـت جـوش را بهبود مي دهد زيرا ذرات با ايجاد تمركز تنش حـين نـورد،تركهاي سطحي را افـزايش مـي دهـد . از سـوي ديگـر،گزارش شده است كه حضور ذرات با كاهش سـطح تمـاسفلز- فلز اثر منفي بر كيفيت و استحكام جوش دارد [17]. با اين حال، در اين آزمايش، وقتي لايهي B4C بين ورقها افزوده مي شوند، 66 درصد و در حالـتARB 50 درصـد تغييرشكل نوردي لازم است و تضمين كنندهي يك جوشسرد مناسب ميباشد.
براي تعيين اندازهي بلورهاي زمينه آناليز XRD و روش ويليامسون- هال بكار گرفته شد. الگوي XRD كامپوزيت تهيه شده با 7 سيكل ARB در شكل 4 نشان داده شده است. پهناي قابل توجه پيكها بيانگر كرنش بالا و اندازهي بلورهاي كوچك ميباشد. عرض از مبدأ نمودار ويليامسون- هال پيكها نشان داد كه اندازهي كريستالهاي Al به 114 نانومتر رسيده است. افزون بر اين، تصوير TEM همين كامپوزيت نيز جهت بررسي شكل و ابعاد دانهها در شكل 5 ارايه شده است. مشاهده ميشود كه دانههايي با ابعاد نانومتري و كشيده شده در جهت نورد در ماده توسعه يافته است؛ به گونهاي كه كوچكترين بعد دانهها به 110 نانومتر و بزرگترين بعد به 550 نانومتر رسيده است. ريز شدن ساختار به تبديل مرزهاي كم زاويهي فرعي ناشي از آرايش نابهجايي ها به مرزهاي تصادفي با زاويهي بالا نسبت داده ميشود [22- 18]. شايان ذكر است كه بويژه در مواردي كه دچار تغيير شكل پلاستيك شدهاند، اندازه ي كريستالهايي كه با
XRD تعيين ميشوند، معادل اندازهي سلولهاي نابهجايي يا دانههاي فرعي است كه اختلاف جهت گيري كريستالها در مرز آنها كمتر از چند درجه (10 درجه) است. علت اين پديده در آن است كه ديوارهي سلولهاي نابهجايي باعث پراكندگي اشعهي ايكس ميشوند [23]. بنابراين، اندازهي كريستالهاي اندازهگيري شده با روش XRD كوچكتر از اندازهي دانههاي مشاهده شده در تصاوير ميكروسكوپ الكتروني عبوري (TEM) ميباشد زيرا هر دانه شامل چند ين دانه ي فرعي يا كر يستال است.
شكل 6 تصوير ميكروسكوپ نوري كامپوزيت تهيه شدهتا 7 سيكلARB را نشان ميدهد. مشاهده مي شـود كـهذرات تقويت كننده به گونهي يكنواخت در ساختار منتشرشده است و خوشه و اگلومرههاي ذرات در سـاختار ديـدهنميشوند. دليل توسعهي چنين ساختار يكنواختي پـس از7 سيكل ARB را ميتوان از 3 ديدگاه توضيح داد:
الف) واضح است كـه بـا پيـشرفت فرا ينـد ARB تعـداد لايهها به گونهي مداوم افزايش مييابد. تعداد لا يههـا پـس از 7 سـ يكل 2944 لايـ هي B4C و 3072 لايـ هي Al ميباشد. بي گمان افزا يش تعـداد لايـه هـا باعـث افـزايش همگني توزيع در جهت عمودي ورق ميشود.
بر اساس تئور ي ف يلم، ح ين نورد دو لا يـهي اكـسيدي سطوح ورق دچار ترك شده و بـا اعمـال ن يـروي عمـودي نورد، موا د زم ينهي تازه از ميان ترك ها اكسترود م ي شـوند. به روش مشابه در حـضور ذراتB4C بـ ين ورق هـاي Al، مادهي زمينه از بين ذرات خوشهها اكسترود ميشـود [24 و 25]. اين باعث ميشود كه خوشههاي فشرده به نفـوذي تبديل شوند و فاصلهي بين ذرات خوشههـا افـزايش يابـد .
اين امر سـبب تجز يـهي خوشـههـا و بهبـود توزيـع ذرات ميشود.
اكستروژن نيز بدين منظور بكار گرفته شدهاند [33 و 32]،
در حين فرا يند نورد مقداري ازدياد طول در جهت نوردايجاد ميشود كه مقدار آن تابع مقدار كاهش سطح مقطعميباشد. اين پد يده سبب ميشود كه خوشههـا در جهـتنـورد كـشيده شـده و انبـساط ايجـاد شـده بـه تجزيـهي خوشهها ك مك م يكند. بدين ترت يـب خوشـههـا و نـواحي زمينه بدون ذره حذف و ساختار همگن ميشود.
شايان ذكر است كه بمنظور دست يابي بـه ويژگـي هـاي بهينهي يك كامپوز يت، بو يژه بهتر ين ترك يب استحكام بالاو شكل پذيري مناسب، تقويتكنندهي ر يز و كسر حجمي نسبتاً بالا يي از ذرات لازم است، اما بكارگيري ا ين دو مورد با هم، با مشكلاتي همراه است زيرا در كامپوزيـت هـاي بـاذرات ري ز، تماي ل ب ه توزي ع نايكنواخ ت ذرات و ايج اد خوشهها و آگلومرههاي ذرات پودر زياد است كه اين باعثافت شد يد شكل پذيري و داكتيليتي ماده مـي شـود. يـك رابطهي مستق يم قو ي ب ين كـسر حجمـي موضـعي ذرات وتشكيل ع يوبي كه منجر به آسيب م يشود، وجود دارد. بـهگونهاي كه شـروع آسـيب در خوشـه هـاي ذرات متمركـز ميشود. توزيـع تـنش در يـك كامپوز يـت در معـرض بـارخارجي نا يكنواخـت اسـت [26]. در حـوالي يـك خوشـه،تنشهاي سه بعدي قابل توجهي كه بس يار بزرگتر از تنش اعمالي است ايجاد م يشود كه منجر به شتاب گيري شروعشكست در خوشه مـيشـود [28 و 27]. افـزون بـر ايـن، سيلان پلاست يك ماده بيشتر در مركز خوشهي ذرات، بـهدليل تنش هاي ه يدرواستاتيك بالا متوقف ميشود كه اين باعث ميشود خوشه ها به مكانهاي ترجيحي بـرا ي جوانـهريزي ترك تبديل شوند [29]. از سو ي د يگر، نـايكنواختي توزيع تنش دركامپوزيتهاي با خوشهي ذرات بـر خـواصمكانيكي عموم ي قطعـه نيـز تـأثير دارد . نـشان داده شـدهاست كه خوشه اي شدن ذرات، تنش سـيلان كامپوزيـت را نسبت به يك كامپوزيت با توزيع ذرات يكنواخـت كـاهشميدهد [30]. افزون بر اين، بـا افـزايش م يـزان خوشـهاي شدن، در تافنس شكست كامپوز يـتهـا كـاهش شـديدي مشاهده شـده اسـت [31]. بنـابراين، توز يـع يكنواخـت وفضايي تقو يت كننده هاي ذره اي در كامپوز يـتهـا يكـي ازملزومات ساختاري مهم آنهاست.
فرايندهايي چون آل ياژسازي مكانيكي و انجماد سريع جهت چيره شدن بر آگلومره شدن ذرات در كامپوزيتها آزما يش شده است ، اما اين روش ها با معايبي چون آلودگي، تخلخلو بازده ي اقتصاد ي ضعيف همراه هـستند . افـزون بـر ايـن، روشهاي شـكل دهـي ثانو يـهي سـنتي همچـون نـورد واما اين روش ها براي ذرات تقويت كننده ريز قابـل كـاربردنيستند ز يرا كرنشها و تنشهاي بسيار بـالا يي مـورد نيـاز است [33]. نشان داده شده اسـت كـه فراينـدهاي تغ ييـر شكل پلاست يك شد يد برا ي بهبود توزيع تقو يت كننـده دركامپوزيتها به گونهاي موفقيت آم يز قابل كاربرد هـستند.
براي مثال، پيچش با فشار بالا [34] و فشردن زاو يـهاي بـاكانال مساو ي (ECAP) [35] برا ي كامپوز يتهاي زم ينـه فلزي ته يه شده با متالوژي پـودر بـازدهاي مناسـب نـشانداده شده است، اما فرايند ARB كه در اين پژوهش بكـارگرفته شده نسبت به ساير روش هاي تغ يير شكل پلاستيك شديد دارا ي مزا ياي ز ير است:
الـف) عـدم نيـاز بـه تجهيـزات بـا تـوان بارگـذاري بـالا و قالبهاي گران قيمت.
سرعت تول يد بالا.
نا محدود بودن مقدار ماده ي توليدي.

نتيجه گيري
در اين پژوهش، ساخت ورقهاي كامپوزيتي Al–B4C با روشي بر پايهي اتصال تجمعي نورد مورد توجه قرار گرفت. نتايج نشان داد كه با بكارگيري كاهش سطح مقطع نوردي 66 درصد در مراحل افزودن لايهي تقويت كننده، جوش سردي مناسب بين ورقها ايجاد ميشود. افزون بر اين، تا سيكل 7 اتصال تجمعي نورد نمونهها داراي شكل پذيري مناسب بوده و قطعاتي بدون عيب ماكروسكوپي بدست آمد. نمونهي توليد شده با 7 سيكل اتصال تجمعي نورد توزيعي مناسب از ذرات تقويت كننده كاربيد بور در زمينهي نانوساختار آلومينيوم را نشان داد. چنين ساختار مناسبي پيشنهاد ميدهد كه اتصال تجمعي نورد با داشتن مزايايي نظير تجهيزات نسبتاً ارزان، سرعت توليد بالا و عدم محدوديت ماده توليدي روشي مناسب و مستعد براي توليد كامپوزيتهاي زمينه فلزي است.

سپاسگزاري
بدين وسيله از تكنسينهاي آزمايشگاههاي مهندسي مواد دانشگاه شيراز جهت كمكهاي فني سپاسگزاري ميشود.
منابع
armor”, Report 1990, ARO-26166.1-MS-A, 1991.
J. Abenojar., F. Velasco., and M. A. Martinez., “Optimization of processing parameters for the Al + 10 درصد B4C system obtained by mechanical alloying”, Journal of Materials Processing Technology, Vol. 184, pp. 441–446, 2007.
X.G. Chen., “Application of Al-B4C Metal Matrix Composites in the Nuclear Industry for Neutron Absorber Materials”, Symposium of Solidification Process of Metal Matrix Composites, Edited by N. Gupta and W. H. Hunt, TMS, pp. 343-350, 2006.
X.G. Chen., and R. Hark., “Development of Al-30 درصدB4C Metal Matrix Composites for
Neutron Absorber Material”, Symposium of Aluminum Alloys: Fabrication, Charaterization and applications Edited by W. Yin et al, TMS, pp. 3-9, 2008.
K. M. Shorowordi, A. S. M. A. Haseeb, and J. P. Celis, “Tribo-surface characteristics of Al–B4C and Al–SiC composites worn under 1- R.B. Mason., M.A. Miller., L.A. Gintert., and M.F. Singleton., “Corrosion testing and assessment of metal matrix composite components for military assets”, Tri-service corrosion conference, pp. 1-14, 2007. 2- F. Toptan., A. Kilicarslan., A. Karaaslan., M. Cigdem., and I. Kerti., “Processing and microstructural characterisation of AA 1070 and AA 6063 matrix B4Cp reinforced composites”, Materials and Design, Vol. 31, pp. S87-S91, 2010.
M. Khakbiz., and F. Akhlaghi., “Synthesis and structural characterization of Al–B4C nano-composite powders by mechanical alloying”, Journal of Alloys and Compounds, Vol. 479, pp. 334–341, 2009.
A. Bhatnagar., “Lightweight ballistic composites: Military and law-enforcement applications”,
Wood head Publishing in Materials, 2006.
A. J. Pyzik., P. D. Williams., and A. McCombs., “New low temperature processing
for boron carbide/aluminum based composite Technology of Plasticity, Vol. 40, pp. 1187– 1191, 1999.
S. H. Lee., Y. Saito., N. Tsuji., H. Utsunomiya., and T. Sakai., “Role of shear strain in ultragrain refinement by accumulative roll-bonding (ARB) process”, Scripta
Materialia, Vol. 46, pp. 281–285, 2002.
T. Ungar., G. Tichy., J. Gubicza., and R. Hellmig., “Correlation between subgrains and coherently scattering domains”, Powder Diffraction, Vol. 20, pp. 366–75, 2005.
L. R. Vaidyanath., M. G. Nicholas., and D. R. Milner., “Pressure welding by rolling”, British Weld Journal, Vol. 6, 13–28, 1959.
H. A. Mohamed., and J. Washburn., “Mechanism of solid state pressure welding”, Weld Journal, Vol. 30, pp. 302–310, 1975.
Z. Wang., T. K. Chen., and D. J. Lloyd., “Stress distribution in particulate-reinforced metal-matrix composites subjected to external load”, Metallurgical Transactions A, Vol. 24, pp. 197–207, 1993.
D. J. Lloyd., “Aspects of fracture in particulate reinforced metal matrix composites”, Acta Metallurgica et Materialia, Vol. 42, pp. 59–71, 1991.
Z. Wang., and R. J. Zhang., “Mechanical behavior of cast particulate SiC/Al (A356) metal matrix composites” Metallurgical Transactions A, Vol. 22, 1585–1593, 1991.
P. B. Prangnell., S. J. Barnes., S. M. Roberts., and P. J. Withers., “The effect of particle distribution on damage formation in particulate reinforced metal matrix composites deformed in compression”, Materials Science and Engineering A, Vol. 220, pp. 41–56, 1996. 29- T. Christman., A. Needleman., and S. Suresh., “An experimental and numerical study of deformation in metal-ceramic composites”, Acta Metallurgica et Materialia, Vol. 37, pp. 3029–3050, 1989.
S. Tao., N. Townely., and J. D. Boyd., “Effects of particulate spacing distribution on internal stress and damage in MMCs”, Microstructure Sciences, Vol. 22, pp. 249–259, 1994.
T. V. Clyne., and P. J. Withers., “An introduction to metal matrix composites” Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom, 1993.
M. J. Tan., and X. Zhang., “Powder metal matrix composites: selection and processing” different contact pressures”, Wear, Vol. 261, pp. 634–641, 2006.
I. Kerti and F. Toptan, “Microstructural variations in cast B4C-reinforced aluminium matrix composites (AMCs)”, Materials Letters, Vol. 62, pp. 1215–1218, 2008.
K. Kitazono, E. Sato, K. Kuribayashi,
Novel manufacturing process of closed-cell aluminum foam by accumulative roll-bonding, Scripta Mater 50 (2004) 495-498.
H. Sekine and R Chen. “A combined microstructure strengthening analysis of SiCp/Al metal matrix composites”,
Composites, Vol. 26, pp. 183-8, 1995.
H. A. Mohamed and J. Washburn, “Mechanism of Solid State Pressure Welding”, Welding Journal, Vol. 30, pp. 2–10, 1975.
N. Bay, “Cold Welding: Part ІІ, Process Variant and application”, Metal Construction, pp. 486-490, 1986.
N. Bay, “Cold Welding: Part І, Characteristic, Bonding Mechanism, Bond Strength”, Metal Construction, pp. 369-372, 1986.
C. Lu, K. Tieu and D. Wexler, “Significant enhancement of bond strength in the
accumulative roll bonding process using nanosized SiO2 particles”, Journal of Material Processing and Technology, Vol. 209, pp. 4830–4834, 2009.
M. Alizadeh and M.H. Paydar, “Study on the effect of presence of TiH2 particles on the roll bonding behavior of aluminum alloy strips”, Material Design, Vol. 30, pp. 82–86, 2009.
Y. Saito, N. Tsuji, H. Utsunomiya, T. Sakai, and R. G. Hong, “Ultra-fine grained bulk aluminum produced by accumulative rollbonding (ARB) process”, Scripta Materialia, Vol. 39, pp. 1221–1227, 1998.
N. Tsuji., T. Iwata., M. Sato., S. Fujimoto., and Y Minamino., “Aging behavior of ultrafine grained Al-2 wt %Cu alloy severely deformed by accumulative roll bonding”, Science and Technology of Advanced
Materials, Vol. 5, pp. 173–180, 2004.
H. Utsunomiya., K. Tanda., Y. Saito., T. Sakai., and N. Tsuji., “Effects of Lubrication on Accumulative Roll-Bonding (ARB) of Aluminum”, Journal of the Japan Society for 34- I. Sabirov., O. Kolednik., R. Z. Valiev., and R. Pippan., “Equal channel angular pressing of metal matrix composites: Effect on particle distribution and fracture toughness” Acta Materialia, Vol. 53, pp. 4919–30, 2005.

Materials Science and Engineering A, Vol. 244, pp. 80–85, 1998.
33- I. Sabirov., O. Kolednik., and R. Pippan., “Homogenization of metal matrix composites by high-pressure torsion”, Metallurgical and Materials Transactions A, Vol. 36, pp. 2861– 2870, 2005.

پيوستها
Zn Fe Si Al عنصر
0/05 0/2 0/25 99/5 درصد وزني
676657766366

جدول 1- تركيب شيميايي آلومينيوم 1050 استفاده شده.

شكل 1- مراحل شماتيك روش توليد.
677419208580

شكل2- ورق كامپوزيتي ARB شده تا 8 سيكل كه عيوب و پارگي كنار ورق مشهود است.

شكل 3- تصوير ميكروسكوپ نوري مقطع كناري نمونه با درصد تغييرشكل 50 كه جوش مناسبي ايجاد نشده است (a) و تصوير ميكروسكوپ نوري مقطع كناري ورق كامپوزيتي ARB شده تا 2 سيكل با درصد تغييرشكل 66 حين افزودن تقويت كننده و 50 حين ARB كه جوش مناسبي ايجاد شده است (b).

شكل 4- الگوي XRD كامپوزيت آلومينيوم- كاربيد بر( تهيه شده با 7 سيكل ARB).

شكل 5- تصوير TEM كامپوزيت تهيه شده تا 7 سيكل ARB.

شكل 6- تصوير ميكروسكوپ نوري كامپوزيت تهيه شده تا 7 سيكل ARB.



قیمت: تومان


پاسخ دهید