مکانیک مواد پیشرفته و هوشمند
فصلنامه

بررسی اثر نانو ذره آلومینا و پارامترهای روش ریخته‌گری گردابی بر خواص مکانیکی نانوکامپوزیت‌های آلومینیومی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

رضا رشیدی میبدی 1
علی دهقان همدان 2
محمد رضا بابائی زارچ 3
مسعود مهدی زاده رخی 4

1 گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه میبد، میبد، ایران

2 شرکت تعاونی نانوآلیاژ کویر یزد، یزد، ایران

3 گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه پیام نور، تهران، ایران

4 دانشکده مهندسی مکانیک - دانشگاه صنعتی شاهرود

https://doi.org/10.66224/masm.4.3.479
چکیده
نانوکامپوزیت‌های زمینه فلزی موادی با خواص مختلف و متنوع و تاحدی قابل کنترل هستند و به همین دلیل امروزه تلاش می‌گردد تا کاربرد آن‌ها در صنایع مختلف عملی شود. در این راستا برای ساخت، توسعه و بهبود خواص آن‌ها تحقیقات زیادی صورت گرفته که منجر به ایجاد روش‌های جدیدی برای ساخت این مواد شده است. یکی از این روش‌ها، روش ریخته‌گری گردابی اصلاح شده است. در این تحقیق با مبنا قراردادن روش ریخته‌گری گردابی اصلاح‌شده، نانوکامپوزیت‌های زمینه آلومینیوم "A357" تقویت شده با نانوذرات آلومینا با درصد وزنی‌های 5/0، 1 و 5/1 درصد تحت شرایط مختلف نظیر سرعت سرد شدن مذاب و حالت آلیاژ، ساخته شده و خصوصیاتی نظیر سختی، استحکام کششی، استحکام تسلیم، تغییر طول در هنگام تسلیم، تغییر طول در هنگام شکست، مدول یانگ، چقرمگی شکست و کارسختی مورد بررسی قرار گرفته است. با توجه به نتایج بدست آمده مشخص شد که با افزودن نانوذرات آلومینا به آلومینیوم A357، نانوکامپوزیتی به وجود می‌آید که خواص مکانیکی آن به مراتب بهتر از آلیاژ پایه است. از میان نانوکامپوزیت‌های ساخته شده تحت شرایط مختلف بهترین استحکام تسلیم متعلق به نانوکامپوزیت تقویت‌شده با ذرات نانوآلومینا با درصد وزنی 1 و بهترین استحکام تسلیم متعلق به نانوکامپوزیت تقویت‌شده با ذرات نانوآلومینا با درصد وزنی 5/0 تحت شرایط افزودن آمیژان به آلیاژ پایه در حالت نیمه‌جامد و ریخته‌گری با سرعت سردشدن پایین می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

خواص مکانیکی
نانوکامپوزیت‌
نانو ذره آلومینا
ریخته‌گری گردابی

عنوان مقاله English

Investigation of the effect of alomina nanoparticle on stir casting method parameters on mechanical properties of aluminum-based nanocomposites

نویسندگان English

Reza Rashidi Meybodi 1
Ali Dehghan Hamadan 2
Mohammad reza Babaei Zarch 3
Masoud Mahdizadeh Rokhi 4
1 Mech. Eng. Dep., Meybod Univ., Meybod, Iran
2 Yazd Desert Nanoalloy Cooperative Company, Yazd, Iran
3 Mech. Eng. Dep., Payame Noor Univ., Tehran, Iran
4 Faculty of Mechanical Engineering, Shahrood University of Technology
چکیده English

Metal matrix nanocomposites are materials with various and diverse properties that are somewhat controllable, and for this reason, there is today a growing effort to apply them in different industries. In this regard, significant research has been conducted to manufacture, develop, and improve their properties, leading to the creation of new methods for fabricating these materials. One such method is the modified stir casting process. In this study, based on the modified stir casting method, aluminum matrix nanocomposites of “A357” reinforced with alumina nanoparticles at weight percentages of 0.5%, 1%, and 1.5% were fabricated under different conditions such as cooling rate of the melt and alloy state. Properties such as hardness, tensile strength, yield strength, elongation at yield, elongation at fracture, Young’s modulus, fracture toughness, and work hardening were investigated. Based on the results obtained, it was found that adding alumina nanoparticles to A357 aluminum results in a nanocomposite with mechanical properties significantly superior to the base alloy. Among the nanocomposites fabricated under various conditions, the highest yield strength was observed in the nanocomposite reinforced with alumina nanoparticles at a weight percentage of 1%, and the best tensile strength was found in the nanocomposite reinforced with alumina nanoparticles at a weight percentage of 0.5% under conditions where the alloy was modified with an admixture in a semi-solid state and cast with a low cooling rate.

کلیدواژه‌ها English

Mechanical properties
Nanocomposites
Alomina nanoparticle
Stir casting method
[1] Casati R, Vedani M. Metal matrix composites reinforced by nano-particles—a review. Metals. 2014; 4(1):65- 83.
[2] Bakshi SR, Lahiri D, Agarwal A. Carbon nanotube reinforced metal matrix composites-a review. International materials reviews. 2010; (1):41-64.
[3] Sekunowo OI, Durowaye SI, Lawal GI. An overview of nano-particles effect on mechanical properties of composites. International Journal of Mechanical, Aerospace, Industrial, Mechatronic and Manufacturing Engineering. 2015;9(1):1-7.
[4] Rajabi M, Khodai MM, Askari N. Microwave-assisted sintering of Al–ZrO 2 nano-composites. Journal of Materials Science: Materials in Electronics. 2014;25:4577-84.
[5] De Cicco M, Konishi H, Cao G, Choi HS, Turng LS, Perepezko JH, Kou S, Lakes R, Li X. Strong, ductile magnesium-zinc nanocomposites. Metallurgical and Materials Transactions A. 2009;40:3038-45.
[6] Cao G, Konishi H, Li X. Recent developments on ultrasonic cavitation based solidification processing of bulk magnesium nanocomposites. International Journal of Metalcasting. 2008;2:57-65.
[7] Mazahery A, Abdizadeh H, Baharvandi HR. Development of high-performance A356/nano-Al2O3 composites. Materials Science and Engineering: A. 2009;518(1-2):61-4.
[8] Habibnejad-Korayem M, Mahmudi R, Ghasemi HM, Poole WJ. Tribological behavior of pure Mg and AZ31 magnesium alloy strengthened by Al2O3 nano-particles. Wear. 2010;268(3-4):405-12.
[9] Habibnejad-Korayem M, Mahmudi R, Poole WJ. Enhanced properties of Mg-based nano-composites reinforced with Al2O3 nano-particles. Materials Science and Engineering: A. 2009;519(1-2):198-203.
[10] Borgonovo C, Apelian D, Makhlouf MM. Aluminum nanocomposites for elevated temperature applications. Jom. 2011;63:57-64.
[11] Lee-Desautels R, Theory of van der Waals Froces as Applied to Particulate Materials. Mater. Eng. 2005;27. 1–8.
[12] Haritsa H, Akira MW, Zulfia Syahrial A. The Role of Al2O3 Particles on Mechanical Properties and Microstructure of Aluminum A356 Composites Produced by Stir Casting Method. InMaterials Science Forum 2020 (Vol. 1000, pp. 185-192). Trans Tech Publications Ltd.
[13] Hadad M, Babazade A, Safarabadi M. Investigation and comparison of the effect of graphene nanoplates and carbon nanotubes on the improvement of mechanical properties in the stir casting process of aluminum matrix nanocomposites. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2020;109:2535-47.
[14] Prakash B, Manimaran M. Investigations on mechanical properties of Al6061-SiC nanocomposites fabricated via stir casting process. Materials Today: Proceedings. 2021;39:22-5.
[15] Rashidi Meybodi R, Babaei Zarch M R, Dehghan Hamadan A, Mahdizadeh Rokhi M. Investigation of mechanical properties of reinforced aluminum-based nanocompositeswith clay nanoparticles. Journal of mechanical engineering of Tabriz University. 2023;53(1)-71-79 (in Persian).
[16] Rashidi Meybodi R, Dehghan Hamadan A, Babaei Zarch M R, Mahdizadeh Rokhi M. Study of the effect of magnesium oxide nanoparticles on the microstructure and mechanical properties of aluminum-based nanocomposites produced by modified stir casting method. Aerospace knowledge and technology journal. 2024;13(1) (in Persian).
[17] Zhang Z, Chen DL. Consideration of Orowan strengthening effect in particulate-reinforced metal matrix nanocomposites: A model for predicting their yield strength. Scripta materialia. 2006;54(7):1321-6.
[18] Pérez JS, Porcel ER, López JC, Sevilla JF, Chisti Y. Shear rate in stirred tank and bubble column bioreactors. Chemical Engineering Journal. 2006;124(1-3):1-5.
مکانیک مواد پیشرفته و هوشمند
دوره 4، شماره 3
پاییز 1403
صفحه 479-496

  • تاریخ دریافت 23 مرداد 1403
  • تاریخ بازنگری 21 آذر 1403
  • تاریخ پذیرش 29 آذر 1403

صفحه اصلی

راهنمای نویسندگان

ارسال مقاله

تماس با ما