دانش و فناوری هوافضا

دانش و فناوری هوافضا

مطالعه اثر نانوذرات اکسید منیزیم بر روی ریز ساختار و خواص مکانیکی نانوکامپوزیت‌های آلومینیومی تولید شده به روش ریخته‌گری گردابی اصلاح‌شده

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
رضا رشیدی میبدی 1
علی دهقان همدان 2
محمد رضا بابائی زارچ 3
مسعود مهدی زاده رخی 4
1 دانشیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه میبد، میبد، ایران
2 دکتری، شرکت تعاونی نانوآلیاژ کویر یزد، یزد، ایران
3 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه پیام نور، تهران، ایران
4 استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران
چکیده
در این تحقیق نانوکامپوزیت‌های زمینه آلومینیوم "A357" تقویت شده با نانو ذرات اکسید منیزیم با درصدهای وزنی 0/5 ، 1 و 1/5 در شرایط مختلف نظیر سرعت های متفاوت سرد شدن مذاب و حالت آلیاژ با استفاده از روش ریخته‌گری گردابی اصلاح‌شده، ساخته شده اند. با انجام آزمایشات متعدد خواص مکانیکی آنها نظیر مدول یانگ، استحکام تسلیم، استحکام کششی نهایی، سختی، تغییر طول در هنگام تسلیم، تغییر طول در هنگام شکست، چقرمگی شکست و کارسختی تعیین و مورد ارزیابی قرار گرفته است. با توجه به نتایج بدست آمده مشخص شد که با افزودن نانو ذرات اکسید منیزیم به آلومینیوم A357، خواص مکانیکی نانوکامپوزیت به وجود آمده به مراتب بهتر از آلیاژ پایه است. همچنین مشخص شد که محدوده ی بهینه درصد افزودنی اکسید منیزیم به آلومینیوم A357 برای افزایش استحکام تسلیم و استحکام کششی نهایی بین 0/5 تا 1 درصد، برای افزایش مدول یانگ در حدود 1 درصد، برای افزایش چقرمگی و درصد تغییر طول به طول اولیه در حدود 0/5 درصد است.      
کلیدواژه‌ها
نانوکامپوزیت‌های زمینه آلومینیوم
نانوذرات اکسید منیزیم
خواص مکانیکی
روش ریخته‌گری گردابی اصلاح‌شده

موضوعات

عنوان مقاله English

Study of the effect of magnesium oxide nanoparticles on the microstructure and mechanical properties of aluminum-based nanocomposites produced by modified stir casting method

نویسندگان English

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

In this research, "A357" aluminum base nanocomposites reinforced with magnesium oxide nanoparticles with weight percentages of 0.5, 1 and 1.5 in different conditions such as different cooling rates of the melt and alloy state made using stir casting method. Numerous tests have determined and evaluated their mechanical properties such as Young's modulus, yield strength, ultimate tensile strength, stiffness, change in length during yield, change in length during failure, fracture toughness and hardness. According to the results, it was found that by adding magnesium oxide nanoparticles to A357 aluminum, the mechanical properties of the resulting nanocomposite are far better than the base alloy. It was also found that the optimal percentage range of magnesium oxide additive to increase the yield and ultimate tensile strength is between 0.5 and 1%, to increase the Young's modulus by about 1%, to increase the the toughness and the elongation is about 0.5%.

کلیدواژه‌ها English

Aluminum-based nanocomposites
Magnesium oxide nanoparticles
Mechanical properties
Modified Stir casting method
[1] R. Casati, M. Vedani, Metal Matrix Composites Reinforced by Nano-Particles—A Review. Metals (Basel), Vol. 4, No. 1, pp. 65–83, 2014.
[2] S. R. Bakshi, D. Lahiri, A. Agarwal, Carbon nanotube reinforced metal matrix composites - a review. International Materials Reviews, Vol. 55, No. 1, pp. 41–64, 2010.
[3] O. I. Sekunowo, S. I. Durowaye, G. I. Lawal, An Overview of Nano-Particles Effect on Mechanical Properties of Composites. International Journal of Animal and Veterinary Sciences, Vol. 9, No. 1, pp. 1–7, 2015.
[4] M. Rajabi, M. M. Khodai, N. Askari, Microwave-Assisted Sintering of Al – ZrO 2 Nano-Composites. Journal of Materials Science: Materials in Electronics. Vol. 25, pp. 4577–4584, 2014.
[5] M. De Cicco, H. Konishi, G. Cao, H. S. Choi, L.-S. Turng, J. H. Perepezko, S. Kou, R. Lakes and X. Li, Strong, Ductile Magnesium-Zinc Nanocomposites. Metall. Mater. Trans. A, Vol. 40, No. 12, pp. 3038–3045, 2009.
[6] G. Cao, H. Konishi, X. Li, Recent developments on ultrasonic cavitation based solidification processlng of bulk magnesium nanocomposites. Int. J. Met. Vol. 2, No. 1, pp. 57–65, 2008.
[7] A. Mazahery, H. Abdizadeh, H. R. Baharvandi, Development of high-performance A356/nano-Al2O3 composites. Mater. Sci. Eng. A. Vol. 518, No. (1–2), pp. 61–64, 2009.
[8] M. Habibnejad-Korayem, R. Mahmudi, H. M. Ghasemi, W. J. Poole, Tribological behavior of pure Mg and AZ31 magnesium alloy strengthened by Al2O3 nano-particles. Wear, Vol. 268, No. (2–3), pp. 405–412, 2010.
[9] M. Habibnejad-Korayem, R. Mahmudi, W. J. Poole, Enhanced properties of Mg-based nano-composites reinforced with Al2O3 nano-particles. Mater. Sci. Eng. A. Vol. 519, No. (1–2), pp. 198–203, 2009.
[10] C. Borgonovo, D. Apelian, M. M. Makhlouf, Aluminum nanocomposites for elevated temperature applications. Jom. Vol. 63, No. 2, pp. 57–64, 2011.
[11] R. Lee-Desautels, Theory of van der Waals Froces as Applied to Particulate Materials. Mater. Eng. Vol. 27, No. 1–8, 2005.
[12] H. Haritsa, M. W. Akira, A. Zulfia, The Role of Al2O3 Particles on Mechanical Properties and Microstructure of Aluminum A356 Composites Produced by Stir Casting Method. Materials Science Forum. Vol. 1000, pp. 185-192, 2020.
[13] M. j. Hadad, A. Babazade, M. Safarabadi, 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. Vol. 109, pp. 2535–2547, 2020.
[14] B. Prakash, M. Manimaran, Investigations on mechanical properties of Al6061-SiC nanocomposites fabricated via stir casting process, Materials Today: Proceedings, Vol. 39, pp. 22–25, 2021.
[15] P. Lakshmanan, S.C. Amith, Investigation of tribological properties of Al-Mg-Si/SiCp nanocomposites prepared by ultrasonic assisted casting method, Materials Today: Proceedings, article in press.
[16] S. Kandemir, Microstructure and mechanical properties of A357/SiC nanocomposites fabricated by ultrasonic cavitation-based dispersion of ball-milled nanoparticles. Journal of Composite Materials. Vol. 51(3): pp. 395-404, 2017.
[17] Zeng X, Liu W, Xu B, Shu G, Li Q. Microstructure and mechanical properties of Al–SiC nanocomposites synthesized by surface-modified aluminium powder. Metals. Vol. 8(4):253, 2018.
[18] M. J. Ghasemi, M. Silani, A . Maleki, M. Jamshidian, Micromechanical simulation and experimental investigation of aluminum-based nanocomposites. Defence technology. Vol. 17, No (1), pp.196-201, 2021.
[19] P. Azhagiri , N. Senthilkumar, K. Palanikumar, B. Deepanraj, Mechanical properties evaluation on hybrid AA6026 composites added with nanoclay and carbon fibers. Carbon Letters. Vol. 23, pp.1-4, 2023.
[20] T.T. Alshammari, H.F. Alharbi, M.S. Soliman, M.F. Ijaz, Effects of Mg Content on the Microstructural and Mechanical Properties of Al-4Cu-x Mg-0.3 Ag Alloys. Crystals, 10(10), p.895., 2020.
[21] I. Jusoh, Optimization of control factors on mechanical properties of friction stir processed AZ91B/Al2O3 nanocomposites. Journal of Engineering Research, p.100089, 2023.
[22] Venkatesh, V.S.S., Rao, G.P., Patnaik, L., Gupta, N., Kumar, S., Saxena, K.K., Sunil, B.D.Y., Eldin, S.M. and Al-kafaji, F.H.K., 2023. Processing and evaluation of nano SiC reinforced aluminium composite synthesized through ultrasonically assisted stir casting process. Journal of Materials Research and Technology, 24, pp.7394-7408.
[23] Z. Zhang, D. Chen, Consideration of Orowan strengthening effect in particulate-reinforced metal matrix nanocomposites: A model for predicting their yield strength. Scr. Mater. Vol. 54, No. 7, pp. 1321–1326, 2006.
[24] J. A. Sánchez Pérez, E. M. Rodríguez Porcel, J. L. Casas López, J. M. Fernández Sevilla, Y. Chisti, Shear rate in stirred tank and bubble column bioreactors. Chem. Eng. J. Vol. 124, No. (1–3), pp. 1–5, 2006.
دانش و فناوری هوافضا
دوره 13، شماره 1
شهریور 1403
صفحه 63-80