برگشتن به مواد

دانلود پایان نامه : تولید کامپوزیت تابعی Al/Al2O3 به روش گریزازمرکز با استفاده از سوسپانسیون پلیمری

۵,۰۰۰ تومان

Continue Shopping
دسته: برچسب: , , , , , , , , , ,

توضیحات محصول

دانلود پایان نامه : تولید کامپوزیت تابعی Al/Al2O3 به روش گریزازمرکز با استفاده از سوسپانسیون پلیمری

100ص

 

 

دانشگاه آزاد اسلامی

واحد تهران جنوب

دانشکده فنی و مهندسی

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد ,,M.Sc,,

مهندسی مواد- شناسایی و انتخاب مواد مهندسی

 

 

 

 

فهرست مطالب

چکیده                                                                                                                 1                                                                                                                        مقدمه                                                                                                                  3  فصل دوم : مروری بر منابع                                                                              5

2-1کلیات

2-2روش های تولید مواد تابعی                                                                           6

1-2-2 متالورژی پودر                                                                                6

1-1-2-2 لايه گذاري لايه هاي مخلوط پودر با تغيير پله اي مخلوط                            7                        الف) فشرده سازي در قالب لايه ها (انباشتن پودر)                                                    7

          ب) لايه گذاري خشك پيوستۀ لايه ها                                                            7

ج) لايه گذاري ورقه اي                                                                             7

د) اسپري پودر مرطوب                                                                             8

ه) فرو بردن در دوغاب و ريخته گري دوغابي                                                      8

و) روش هاي ديگر                                                                                   9

2 -1-2-2 لايه گذاري پودر با تغييرات پيوسته در مخلوط                                          9

الف) تشكيل پودر از طريق گريز از مركزو مخلوط كردن خشك-توسط پروانه                 9

ب ) ته نشيني توسط جاذبه                                                                      10

ج ) رانش توسط نیروی گريز از مركز                                                            11

د ) تلقیح توسط فشار                                                                             11

ه ) روش ريخته گري دوغابي در ميدان مغناطيسي شيب دار                                 13

2-2-2 فرآيندهاي ذوبي                                                                              16

1-2-2-2 ريخته گري گريز از مركز                                                               16

2-2-2-2 پركردن كنترل شدۀ قالب                                                              20

3-2-2-2 روش جدايش الكترومغناطيسي                                                        21

2-3 خواص مواد تابعی                                                                                  24

1-2-3 تغييرات ريزساختار                                                                           25

     2-2-3 تغییرات سختي                                                                               34

فصل سوم : روش انجام آزمایش                                                                            44

3-1 مواد اولیه                                                                                            45

3-2 نحوه آماده سازی چسب                                                                           45

3-3 تولید مواد تابعی                                                                                    46

3-4 اندازه گیری چگالی                                                                                 48

3-5 تهیه نمونه های متالوگرافی                                                                        49

3-6 سختی سنجی                                                                                      49

فصل چهارم : نتایج و بحث                                                                                 50

4-1 تاثیر زمان دوران                                                                                    51

1-4-1 توزیع ذرات                                                                                    51

2-4-1 چگالی و تخلخل                                                                              58

3-4-1 پروفیل های سختی                                                                           60

4-2 تاثیر غلظت چسب                                                                                 62

1-4-2 توزیع ذرات                                                                                    62

2-4-2 چگالی و تخلخل                                                                              66

3-4-2 پروفیل سختی                                                                                67

4-3 تاثیردرصدحجمی آلومینا در سوسپانسیون اولیه                                                 68

1-4-3 توزیع ذرات                                                                                    68

2-4-3 چگالی و تخلخل                                                                              72

3-4-3 پروفیل های سختی                                                                           72

4-4 تاثیر اندازه ذرات آلومینا و آلومینیوم                                                             74

1-4-4 توزیع ذرات                                                                                    74

2-4-4 چگالی و تخلخل                                                                              78

3-4-4 پروفیل های سختی                                                                                             79

فصل پنجم : نتیجه گیری                                                                                   80

پیشنهادات                                                                                                   82

منابع و مآخذ:

فهرست منابع فارسی                                                                                            104

فهرست منابع لاتین                                                                                             105

چکیده انگلیسی                                                                                                 107

صفحه عنوان انگلیسی                                                                                          109

اصالت نامه                                                                                                       110

 

 

چکیده:

کامپوزیت های تابعی موادی با ریزساختار ناهمگن می باشند که ریز ساختارو  خواص آن ها به طور ملایم و پیوسته از یک سطح به سطح دیگر جسم تغییر می کند. نوع رایج آن ترکیب پیوسته ای از سرامیک و فلز می باشد. تغییر درصد حجمی فلز و سرامیک از یک سطح به سطح دیگر بصورت شیبدار می باشد، به گونه ای که بین دو سطح تشکیل دهنده قطعه، تغییر درصد حجمی این دو ماده بصورت پیوسته می باشد.تولید کامپوزیت تابعی به روش های مختلفی امکان پذیر است که یک دسته از این روش ها ریخته گری (ثقلی و یا گریزازمرکز) است. مشکل عمده استفاده از روش های ریخته گری ، واکنش های مخرب بین فاززمینه و فاز تقویت کننده به علت حضور فاز مذاب است. درتحقیق حاضر، به منظور رفع این مشکل از ماده پلیمری به عنوان سیال جهت تهیه سوسپانسیون ازذرات پودر آلومینیوم 6061 و آلومینابه منظور تولید کامپوزیت تابعی ازروش گریزازمرکزاستفاده شده است. هدف ازاین پژوهش، بررسی اثر زمان دوران، غلظت محلول چسب، اندازه ذرات آلومینیوم و آلومینا و درصد حجمی آلومینا  برچگونگی توزیع ذرات آلومیتا درزمینه و تغییرات پروفیل سختی بوده است. بدین منظور جهت بررسی اثرزمان دوران از زمان های دوران4 ، 7، 12 ،20 ،30 و 40دقیقه، جهت بررسی اثر غلظت چسب از چسب های با غلظت 20 ، 30 ، 40  و 50 گرم بر لیتر، جهت بررسی اثر درصد حجمی آلومینا از پودر آلومینا با درصد حجمی 5 ، 10 ، 15 و 20 درصد و جهت بررسی اثر اندازه ذرات آلومینیوم و آلومینا از پودرهای آلومینیوم 6061 و آلومینا بترتیب در محدوده های 45+و 63- و 106+ و 125- میکرومتر استفاده شد .برای تمامی نمونه هاسرعت دوران و طول بازوی دوران بترتیب در مقادیر1700 دوربردقیقه و 10 سانتیمتر ثابت نگه داشته شد. نمونه ها پس از انجام دوران تحت عملیات چسب سوزی،پرس سرد و سینترینگ قرار گرفتند. در نهایت نمونه های استوانه ای شکل حاصل (به قطر 22 و ارتفاع 20 میلیمتر) از مرکز و در راستای ارتفاع برش داده شد و تحت عملیات متالوگرفی نوری و سختی سنجی قرار گرفتند.همچنین چگالی آن ها قبل و بعد از عملیات سینترینگ با استفاده ازروش ارشمیدس اندازه گیری شد. نتایج نشان داد که در صورت استفاده از ذرات هم اندازه آلومینا و آلومینیوم در زمانهای دوران بیش از 7 دقیقه، نمونه های تابعی تولید می شوند. اما چنانچه اندازه ذرات آلومینا درشت تر از آلومینیوم باشد، درصد حجمی آلومینا در طول نمونه به صورت پله ای تغییر می کند و چنانچه ذرات آلومینیوم درشت و آلومینا ریز باشند، به علت تاثیر دوگانه اندازه و چگالی این دونوع ذره، توزیع نسبتا یکنواختی در نمونه ایجاد می شود. در ضمن، غلظت چسب و درصد حجمی آلومینا، تاثیر چندانی بر چگونگی توزیع ذرات در این مواد تابعی ندارند. پروفیل سختی در نمونه های تولید شده، تحت تاثیر درصد حجمی آلومینا و نیز میزان تخلخل در نواحی مختلف بوده و لذا در برخی موارد بر خلاف انتظار، پروفیل سختی شیب معینی را نشان نمی داد. در تمامی نمونه های بررسی شده در این تحقیق، درصد تخلخل در اثر عملیات سینترینگ کاهش می یافت.

 

 

 

 

فصل اول:

 

مقدمه

 

 

 

 

در سال های اخیر با توسعه موتورهای پرقدرت صنایع هوا فضا، توربین ها و راکتور ها و دیگر ماشین ها نیاز به موادی با مقاومت حرارتی بالاتر و مقاومتر از لحاظ مکانیکی احساس شده است. در سال های قبل، در صنایع هوافضا از مواد سرامیکی خالص جهت پوشش و روکش قطعات با درجه کارکرد بالا استفاده می شد. این مواد عایق های بسیار خوبی بودند ولی مقاومت زیادی در برابر تنش های پس ماند نداشتند. تنش های پس ماند در این مواد سبب بروز مشکلات زیادی از جمله ایجاد حفره و ترک می شدند. بعد ها برای رفع این مشکل از کامپوزیت های لایه ای استفاده شد. تنش های حرارتی در این مواد نیز موجب پدیده لایه لایه شدن می گردید. با توجه به این مشکلات استفاده از ماده ای مرکب که هم مقاومت حرارتی و مکانیکی بالا داشته و هم مشکل لایه لایه شدن را نداشته باشند، مطرح گردید. جهت رفع مشکلات مذکور جهت کاربرد مواد تحمل کننده تنش های حرارتی بالا، دانشمندان مواد تابعی(FGM) را پیشنهاد نمودند.

این مواد کامپوزیت هایی با ریزساختار ناهمگن می باشند که خواص مکانیکی آن ها به طور ملایم و پیوسته از یک سطح به سطح دیگر جسم تغییر می کند. نوع رایج آن ترکیب پیوسته ای از سرامیک و فلز می باشد. تغییر درصد حجمی فلز و سرامیک از یک سطح به سطح دیگر بصورت شیبدار می باشد، به گونه ای که بین دو سطح تشکیل دهنده قطعه، تغییر درصد حجمی این دو ماده بصورت پیوسته می باشد. خواص مکانیکی نیز با توجه به نوع ترکیب، تغییرات پیوسته ای را در راستای یک یا چند بعد از قطعه دارد. این مواد با توجه به پیوستگی ترکیب مواد تشکیل دهنده دارای خواص مکانیکی بهتری نسبت به کامپوزیت های لایه ای می باشند.

تولید کامپوزیت تابعی به روش های مختلفی امکان پذیر است که یکی از این روش ها ریخته گری گریز از مرکز است. از مزایای ریخته گری گریز از مرکز می توان به بالا بودن دانسیته مواد تولیدی، عاری بودن قطعه تولیدی از انواع اکسید ها و نا خالصی ها به دلیل سرعت دوران و نیز امکان تولید انواع قطعات کامپوزیت تابعی از انواع آلیاژ های فلزی اشاره کرد. یکی از معایب عمده ی این روش واکنش های مخرب بین فاز تقویت کننده و فلززمینه در این روش به علت حضور فاز مذاب در آن است.

در پایان نامه پیش رو سعی شده از روش گریز از مرکز این بار بدون حضور فاز مذاب و استفاده از یک ماده پلیمری به عنوان سیال جهت تهیه سوسپانسیون ازذرات پودر فلزی و سرامیکی جهت تولید کامپوزیت تابعی استفاده شود. در فصل دوم مروری بر منابع مطالعاتی مرتبط انجام شده در مورد روش های مختلف حالت جامد و حالت مذاب درتولید مواد تابعی، توضیحاتی ارائه شده و ریز ساختار و خواص این مواد نیز تشریح شده است. در فصل سوم، روش انجام تحقیق، شامل مواد اولیه استفاده شده و نیز دستگاه گریز از مرکز به کار گرفته شده در این تحقیق شرح داده شده اند. فصل چهارم به ارائه نتایج در خصوص نحوه توزیع ذرات آلومینا در مواد تابعی حاصل، تخلخل و پروفیل سختی این مواد که با استفاده از پارامترهای مختلف از قبیل تغییر زمان دوران، غلظت چسب، درصد آلومینا و اندازه ذرات به دست آمده اند، پرداخته شده و در مورد آن ها بحث شده است.فصل پنجم به نتیجه گیری کلی از این تحقیق اختصاص یافته است.

 

 

فصل دوم:

مروری بر منابع

 

 

 

 

1-2-کلیات

فرآيند هاي توليد مواد تابعي بطور معمول به ايجاد ساختارشیبدار و غير همگن(درجه بندي شده[1]) و انتقال اين ساختار به درون تودۀ مادۀ (يكپارچه سازي[2])تقسيم مي شوند]1[. ایجاد ساختار شیبدار ازطریق یکی ازروش های تركيب كردن، همگن كردن و جدا كردن (ايجاد جدايش[3]) صورت می پذیرد. است.  فرآيند تركيب كردن بر پايۀ ساخت پله اي ساختار طبقه بندي شده از مواد تشكيل دهنده يا پودرها مي باشد.  در فرآيند همگن سازي، فصل مشترك تيز بين دو ماده (فصل مشتركي كه تغيير تركيب زيادي در دو طرفش وجود دارد) بوسيلۀ جابجايي ماده به فصل مشترك با تركيب شيب دار، تغيير مي كند.  فرآيند ايجاد جدايش در يك مادۀ همگن آغاز مي شود و به وسيلۀ جابجايي ماده تحت تاثير يك ميدان خارجي (بطور مثال جاذبه(گرانش) يا ميدان الكتريكي) به مادۀ تابعي تبديل مي شود.  فرآيند هاي همگن سازي و ايجاد جدايش، شيب پيوسته اي در تركيب ايجاد مي كنند.

در حين اختلاط شرايط فرآيند بايد به گونه اي انتخاب شود كه شيب تركيب از بين نرود يا به صورت كنترل نشده تغيير نكند.  همچنين دقت زيادي به منظور عدم ايجاد حفرات انقباضي با توزيع غير يكنواخت در حين فرايند لازم مي باشد.  اگر دماي متراكم سازي[4]  نواحي مختلف ماده اختلاف زيادي داشته باشد، مي توان از شيب دما در حين اختلاط، تفجوشي در حضور فاز مايع، تفجوشي به كمك ليزر و تفجوشي با جرقۀ پلاسما استفاده نمود.

در ادامه روشهاي موجود به منظور توليد مواد تابعي مورد بررسي قرار گرفته اند.

 

 

 

2-2روش های تولید مواد تابعی

1-2-2متالورژي پودر

متالورژي پودر روشي به منظور فرآوري مواد يا قطعات مهندسي مي باشد كه توليد پودر، فرآيند هاي پودر (آماده كردن پودر)، عمليات تفجوشي و شكل دهي يا اختلاط گرم به همراه فشار را شامل مي شود.  از اين روش به دليل استفاده از ذرات ريز پودر مي توان جهت توليد مواد تابعي با ريزساختار و رفتار شيميايي متفاوت استفاده نمود.

با استفاده از روش متالورژي پودر شيب در موارد زير قابل ايجاد است]1[.

الف-شيب در تخلخل و اندازۀ حفرات

شيب تخلخل مي تواند بوسيلۀ لايه گذاري[5] مخلوط پودر با شيب در اندازۀ ذرات يا تغيير دادن پارامترهاي لايه گذاري با استفاده از مواد پر كنندۀ فاصله ايجاد شود.

ب-شيب در تركيب شيميايي مواد تكفاز

لايه گذاري پودر با تغيير مداوم تركيب مخلوط در حين تفجوشي، هنگامي كه دياگرام فازي حد حلاليت بيشتري نسبت به محدودۀ تركيب انتخاب شده نشان دهد، منجر به ايجاد يك مادۀ تك فاز با شيب ملايم در توزيع عناصر مي شود.  پودرهايي كه در ابتدا مورد استفاده قرار مي گيرند، مي توانند به صورت عنصري باشند يا در محدوده اي از تركيب قرار داشته باشند كه حتماً ايجاد شيب در تركيب نمايند.

ج-شيب در ميزان حجم فازها و شيب در اندازۀ دانه در مواد دو يا چند فازه

دياگرام فازي يك سيستم چند جزئي به وسيلۀ عدم حلاليت يا حلاليت محدود مشخص مي شود.  تركيبات فازها مي تواند شامل سيستم هاي فلز – فلز، فلز – سراميك و سراميك – سراميك باشد.  شيب ريزساختاري مي تواند به وسيلۀ كنترل كردن تعادل فاز درحين تفجوشي در حضور فاز مايع با شيب اجزاء ايجاد شود.  تكنيك هايي كه براي ايجاد مواد تابعي به روش متالورژي پودر استفاده مي شوند، برطبق قابليتشان براي ايجاد تغيير پيوسته يا مرحله اي (پله اي) تركيب قطعۀ پودري تراكم يافته، طبقه بندي مي شوند.

1-1-2-2 لايه گذاري لايه هاي مخلوط پودر با تغيير پله اي مخلوط

الف- فشرده سازي در قالب لايه ها (انباشتن پودر)

در اين روش بوسيلۀ لايه گذاري لايه هاي پودر با تركيب متغيردر قالب فشرده سازي، شيب در تركيب ايجاد مي شود]1[.  معايب اين فرآيند شامل تغييرات ناپيوسته، تعداد محدود لايه ها(بالاتر از 10 در مقياس آزمايشگاهي) ، ضخامت محدود خود لايه ها(معمولاً بيشتر از mm1)، سايز محدود قطعه ( بيشتر از cm2 100) و همچنين محدوديت نيروي فشردن، مي باشد.

ب-لايه گذاري خشك پيوستۀ لايه ها

فرآيند هاي پيوسته براي لايه گذاري مخلوط پودر با تغييرات تركيب بر روي نوار نقاله گسترش يافته اند.  لايه گذاري متوالي پودر ها باعث ايجاد شيب پله اي در تركيب مي شود.

ج-لايه گذاري ورقه اي[6]

اين ورق ها با تركيب متفاوت مي توانند بوسيلۀ تكنيك هاي پودري خشك (نورد پودر)  و تر(ريخته گري نواري[7]) توليد شوند]1[.  در روش نورد پودر، ورق هاي خام با ضخامت در حدود mm1 توليدمي شود.  ريخته گري نواري  توسط پودر هاي ريز، امكان توليد ورق با ضخامت هاي بسيار كم را فراهم مي كند.  براي نورد پودر فقط از پودرهايي كه استحكام خام مناسبي را دارا باشند، استفاده مي شود.  در حالي كه در ريخته گري نواري به مایع اتصال دهنده[8] نياز مي باشد كه قبل از تفجوشي قابل خروج باشد.  پرس گرم  براي متصل كردن لايه ها در مرحلۀ نهايي اختلاط استفاده مي شود.

د-اسپري پودر مرطوب:

اين روش اساساً براي لايه گذاري لايه هاي نازك پودر بر روي زير لايه مناسب مي باشد. با استفاده از سيستم مخلوط كننده و تغذيۀ كنترل شده و همزمان دو يا چند سوسپانسيون، لايه هاي پودر تابعي به روي زيرلايۀ صاف، خميده و دوار مي توانند لايه گذاري كنند.  كمينۀ ضخامت لايه ها به وسيلۀ اندازۀ قطرات كوچك اسپري شده كنترل مي شود و مي تواند كمتر از 50 باشد.

ه-فرو بردن در دوغاب[9] و ريخته گري دوغابي[10]

اگر بدنۀ متخلخل بطور مداوم در دوغابي كه داراي پودرهايي با مشخصات متفاوت مي باشد فرو برده شود، دوغاب بوسيلۀ نيروي موئينگي به درون حفرات كشيده مي شود و لايه هاي سطحي با شيب پله اي در پشت آن باقي مي مانند]1[.  اصول مشابهي براي ريخته گري دوغابي مداوم وجود دارند.  اگر توليد تعداد محدودي از لايه ها نيازهاي كاربرد مورد نظر را برطرف كنند، اين روش پتانسيل بالايي براي توليد سري دارد.

و-روش هاي ديگر

فرآيند تفجوشي توسط ليزر كه در آن تركيب لايه گذاري پودر و تفجوشي متفاوت مي باشد، مي تواند براي ايجاد شيب پله اي مورد استفاده قرار گيرد. نيروي گرانشي يا ته نشيني گريز از مركز، لايه گذاري الكترفورزي[11]، تلقيح[12] توسط فشار و لايه گذاري پودر توسط نيروي گريز از مركز نیز  مي توانند براي ايجاد شيب پله اي در ساختار مورد استفاده قرار گيرند تا برای ایجاد تغييرات پيوسته در تركيب مواد ولي بايد توان بالقوۀ بيشتري داشته باشند]1[.

2-1-2-2 لايه گذاري پودر با تغييرات پيوسته در مخلوط

الف-تشكيل پودر از طريق گريز از مركز[13]و مخلوط كردن خشك-توسط پروانه[14]

در تشكيل پودر از طريق گريز از مركز، مخلوط هاي پودر با تغيير پيوسته و كنترل شده درتركيب پودر به يك صفحۀ تغذيه كنندۀ دوار، وارد مي شوند كه اين صفحه آنها را با شتاب به سمت ديوار داخلي سيلندر دوار حركت مي دهد.  جسم خام[15] با استحكام كافي، به وسيلۀ اسپري كردن همزمان يك چسب آلي به ديوار به دست مي آيد. اين روش به قطعات با شكل استوانه اي محدود مي شود اما انعطاف پذيري زيادي در طراحي شيب ايجاد مي كند كه مستقل از مشخصات پودر مي باشد.  تشكيل پودر به روش گريز از مركز به همراه تفجوشي در حضور فاز مايع به منظور توليد مادۀ تابعيW/Cu با قطر حلقۀ 120میلیمتر، ارتفاع 40 میلیمتر و ضخامت دیواره بیشتر از 8  میلیمتر استفاده شده است ]1[.  هندسۀ لوله مانند، به وسيلۀ حركت صفحۀ شكل دهنده يا توزيع كننده در مسير محور چرخش در حين لايه گذاري ايجاد مي شود.  فرآيند مربوط به هم زدن در حالت خشك توسط پروانه، جايي كه پودر هاي خشك در يك محفظۀ داراي پروانۀ هم زن مخلوط و همگن مي شوند، استفاده مي شود.  در اين فرآيند به چسب نيازي نمي باشد و فرآيند به قطعات ماده تابعي تخت محدود شده است.

.

.

.

جهت دریافت و خرید متن کامل پایان نامه و تحقیق و مقاله مربوطه بر روی گزینه پرداخت مستقیم که در بالای صفحه قرار دارد کلیک نمایید و پس از وارد کردن مشخصات خود به درگاه بانک متصل شده که از طریق کلیه کارت هایی عضو شتاب قابل پرداخت می باشید و بلافاصله بعد از پرداخت انلاین به صورت خودکار لینک دانلود مربوطه فعال گردیده که قادر به دانلود فایل کامل ان می باشید.

دیدگاهها

هیچ دیدگاهی برای این محصول نوشته نشده است.

اولین نفری باشید که دیدگاهی را ارسال می کنید برای “دانلود پایان نامه : تولید کامپوزیت تابعی Al/Al2O3 به روش گریزازمرکز با استفاده از سوسپانسیون پلیمری”

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *