ساخت و بررسی خواص مکانیکی مواد مرکب زمینه آلومینیومی تقویت شده با الیاف پیوسته کربن به روش ذوب و ریخته‌گری کوبشی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار، مجتمع دانشگاهی مواد و فناوری های ساخت، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران.

2 دانش آموخته کارشناسی ارشد، مجتمع دانشگاهی مواد و فناوری های سـاخت، دانشــگاه صــنعتی مالــک اشــتر، تهــران، ایــران.

3 دانشجوی دکتری، مجتمع دانشگاهی مواد و فناوری های ساخت ، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران.

چکیده
در این تحقیق کامپوزیت زمینه آلومینیومی با الیاف پیوسته کربن با استفاده از آلیاژ A356 آلومینیوم و الیاف کربن بر پایه PAN و همین‌طور برای اولین بار کامپوزیت زمینه آلومینیومی با فلت کربنی تولید و خواص کششی و خمشی آن مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور ابتدا الیاف کربن، با استفاده از روش الکترولس، بوسیله لایه‌ای از فلز نیکل پوشش‌دهی گردیده و سپس تأثیر ضخامت پوشش نیکل بر وضعیت سطحی و همچنین استحکام کششی الیاف، مورد بررسی قرار گرفت. در مرحله بعد نمونه‌های کامپوزیتی در کسر حجمی 30%، به وسیله فلت و الیاف کربن پوشش داده شده بوسیله نیکل و همچنین الیاف کربن بدون پوشش، با استفاده از روش ریخته‌گری کوبشی در فشار MPa ٣٠ تولید گردیده و سپس ریزساختار و استحکام کششی و خمشی آنها مورد بررسی قرار گرفت. از سوی دیگر نتایج حاصل از تست کشش نمونه‌های کامپوزیتی ساخته شده بوسیله فلت و الیاف کربن پوشش داده شده بوسیله نیکل و الیاف کربن بدون پوشش، حاکی از آن است که پوشش نیکل دارای تأثیر بسزایی بر استحکام کششی کامپوزیت بوده و باعث افزایش استحکام کششی تا حدود سه برابر گردیده است. در مورد نمونه‌های کامپوزیتی که در کسر حجمی %30 ، به وسیله فلت و الیاف کربن پوشش داده شده به وسیله نیکل ساخته شده‌اند، بالاترین استحکام، در فشار MPa 30 به میزان MPa 463 به دست آمد که مربوط به فلت کربنی می‌باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله English

Manufacturing and Evaluation of Mechanical Properties of Aluminum Matrix Composites Reinforced with Continuous Carbon Fibers Using Melting and Casting Process

نویسندگان English

Ali Alizadeh 1
Seyed Ehsan Nasiri 2
Mohsen Heydari Beni 3
1 Faculty of Materials and Manufacturing Technologies, Malek Ashtar University of Technology, Tehran, Iran.
2 Faculty of Materials and Manufacturing Technologies, Malek Ashtar University of Technology, Tehran, Iran.
3 Faculty of Materials and Manufacturing Technologies, Malek Ashtar University of Technology, Tehran, Iran.
چکیده English

In this research, aluminum reinforced continuous carbon fibre composite, was produced with A356 aluminum alloy and PAN base carbon fibre and carbon felt and then flexural and tensile strength properties has been investigated. For this purpose, at the first carbon fibre were coated with a different thickness of nickel layers by electroless method, and the effect of nickel layer thickness on surface condition and tensile strength of the carbon fibre were investigated. Composite samples with0.3 volume fraction of felt and fiber, were produced using nickel coated and uncoated carbon fibre by squeeze casting method. Samples were made at 30 Mpa applied pressure and the microstructure and flexural and tensile strength of them were investigated. The study of coated carbon fibre’s surface condition, showed that the minimum thickness required to form a continuous coating of nickel on carbon fibre is about 0.5µm. The increment of the thickness of coating layer, decreased the overall strength of the fibre. The study of tensile strength of composite samples made using nickel coated and uncoated carbon felt and fibre, showed that the nickel coating has a strong effect on tensile strength of the composite and causes increment in tensile strength as many as three times. For composite samples made with 0.3 volume fraction of nickel coated carbon fibre and felt, the maximum tensile strength was achieved in 30 Mpa applied pressure in amount of 463 Mpa Which is related to carbon felt.

کلیدواژه‌ها English

carbon fiber
pure aluminum
A356 Aluminum
nickel-phosphorus coating
Composite materials
[1] Meratian M, Jalaly M. Metal Matrix Composites, Jahad Daneshgahi IUT Publication, 2008, Persian translation of the book by Chawla N, Chawla K, Springer, 2006.
[2] Chawla K. Fibrous materials; Cambridge university press, 2016.
[3] Rosso M. Ceramic and metal matrix composites: Routes and properties. Journal of materials processing technology. 2006; 175(1-3): 364-375.
[4] Ştefănescu D M. Issues in liquid processing of particulate metal matrix composites. Key Engineering Materials.1993; 79: 75-90.
[5] Taha M A. Practicalization of cast metal matrix composites (MMCCs). Materials & Design. 2001; 22(6): 431-441.
[6] Kainer K U. Basics of metal matrix composites; Metal Matrix Composites: Custom‐made Materials for Automotive and Aerospace Engineering, 2006: 1-54.
[7] Hatch John E. Aluminum: properties and physical metallurgy; Metal Parks, Ohio: American Society for Metals,1984: 17.
[8] Libin Z, Jintao H. Metal matrix composites in China. Journal of Materials Processing Technology. 1998; 75(1-3): 1-5.
[9] Hajjari E, Divandari M, Mirhabibi A R. The study of electroless coating of nickel on carbon fibers. Iranian Journal of Materials Science & Engineering. 2004; 1(1): 3-48.
[10] Urena A, Rams J, Escalera M D, Sanchez M. Effect of copper electroless coatings on the interaction between a molten Al–Si–Mg alloy and coated short carbon fibres. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 2007; 38(8): 1947-1956.
[11] Fan C H, Chen Z H, He W Q, Chen J H, Chen D. Effects of the casting temperature on microstructure and mechanical properties of the squeeze-cast Al–Zn–Mg–Cu alloy. Journal of Alloys and Compounds. 2010;504(2): L42-L45.
[12] Maleki A, Shafyei A, Niroumand B. Effects of squeeze casting parameters on the microstructure of LM13 alloy. Journal of materials processing technology. 2009; 209(8): 3790-3797.
[13] Hajjari E, Divandari M. An investigation on the microstructure and tensile properties of direct squeeze cast and gravity die cast 2024 wrought Al alloy. Materials & Design. 2008; 29(9): 1685-1689.
[14] Chatterjee S, DAS AA. Some observations on the effect of pressure on the solidification of Al-Si eutectic alloys, 1973.
[15] Huang C Y, Mo W W, Roan M L. The influence of heat treatment on electroless-nickel coated fibre (ENCF) on the mechanical properties and EMI shielding of ENCF reinforced ABS polymeric composites. Surface and Coatings Technology. 2004; 184(2-3): 123-132.
[16] Chen C K, Feng H M, Lin H C, Hon M H. The effect of heat treatment on the microstructure of electroless Ni–P coatings containing SiC particles. Thin Solid Films. 2002; 416(1-2): 31-37.
[17] Zhang J, Liu S, Zhang Y, Dong Y, Lu Y, Li T. Fabrication of woven carbon fibers reinforced Al–Mg (95–5wt%) matrix composites by an electromagnetic casting process. Journal of Materials Processing Technology.2015; 226: 78-84.
[18] Hajjari E, Divandari M, Mirhabibi A R. The effect of applied pressure on fracture surface and tensile properties of nickel coated continuous carbon fiber reinforced aluminum composites fabricated by squeeze casting. Materials & Design (1980-2015). 2010; 31(5): 2381-2386.
[19] Rams J, Urena A, Escalera M D, Sanchez M. Electroless nickel coated short carbon fibres in aluminium matrix composites. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 2007; 38(2): 566-575.
[20] Sánchez M, Rams J, Ureña A. Fabrication of aluminium composites reinforced with carbon fibres by a centrifugal infiltration process. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 2010; 41(11): 1605-1611.
[21] Lin G, ZHANG H W, LI H Z, GUAN L N, HUANG L J. Effects of Mg content on microstructure and mechanical properties of SiCp/Al-Mg composites fabricated by semi-solid stirring technique. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2010; 20(10): 1851-1855.
[22] Graham A H, Lindsay R W, Read H J. The structure and mechanical properties of electroless nickel. Journal of the Electrochemical Society. 1965; 112(4): 401.
[23] Taheri-Ardebili A. Evaluation of electroless nickel-phosphorus (EN) coatings (Doctoral dissertation, University of Saskatchewan).
[24] Ip S W, Sridhar R, Toguri J M, Stephenson T F, Warner A E. Wettability of nickel coated graphite by aluminum. Materials Science and Engineering: A. 1998; 244(1): 31-38.
[25] Pearsall D M. Paleoethnobotany: a handbook of procedures. Routledge; 2016.
[26] Maleki A, Niroumand B, Shafyei A. Effects of squeeze casting parameters on density, macrostructure and hardness of LM13 alloy. Materials Science and Engineering: A. 2006; 428(1-2): 135-140.
[27] Bindumadhavan P N, Chia T K, Chandrasekaran M, Wah H K, Lam L N, Prabhakar O. Effect of particleporosity clusters on tribological behavior of cast aluminum alloy A356-SiCp metal matrix composites. Materials Science and Engineering: A. 2001; 315(1-2): 217-226.
[28] Rooy E L. Properties and selection: nonferrous alloys and special-purpose materials. Introduction to Aluminum and Aluminum Alloys. 1990; 2: 1-27.
[29] Urena A, Rams J, Escalera M D, Sanchez M. Characterization of interfacial mechanical properties in carbon fiber/aluminium matrix composites by the nanoindentation technique. Composites science and technology.2005; 65(13): 2025-2038.
دوره 3، شماره 4
زمستان 1402
صفحه 466-490

  • تاریخ دریافت 06 آذر 1402
  • تاریخ بازنگری 20 آذر 1402
  • تاریخ پذیرش 22 آذر 1402