نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

دانشگاه تهران، دانشکده مهندسی متالورژی و مواد، قطب علمی مهندسی سطح و حفاظت از خوردگی در صنایع، تهران، ایران

چکیده

در تحقیق حاضر با بکارگیری فرآیند همزن اصطکاکی بر زیر لایه تیتانیوم خالص تجاری، نانوکامپوزیت های تیتانیوم-آلومینا ایجاد گردید. به این منظور پودرهای آلومینا با اندازه های و 20 80 نانومتر به صورت مجزا در داخل شکاف تعبیه شده بر سطح ورقهای زیرلایه قرار گرفت و ابزار چرخان از میان آنها عبور داده شد. با تغییر ابعاد شکاف، کامپوزیتی با مقادیر مختلف کسر حجمی نانوذرات آلومینا در محدوده 5/7تا 1/8 درصد تشکیل گردید. بررسی های ریزساختاری به کمک میکروسکوپ های نوری و الکترونی عبوری مشخص کرد که مهمترین عامل تعیین کننده اندازه دانه های زمینه، فاصله نانوذرات تقویت کننده از یکدیگر و یا به عبارتی اندازه، کسر حجمی و نحوه توزیع آنها است. همچنین نتایج حاصل از آزمونهای کشش و سختی سنجی به همراه بررسی مشخصه های ریزساختاری مشخص نمود که علاوه بر حضور ذرات سخت در زمینه، کاهش اندازه دانه زمینه و برهمکنش ذرات با ناپیوستگیهای میکروسکوپی و ذاتی ریزساختار ا ز قبیل مرز دانه ها و نابجایی ها موجب بهبود چشمگیر خواص مکانیکی شده است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Evaluation of Microstructure and Mechanical Properties of Ti-Al2O3 Nano-Composites Fabricated by Friction Stir Processing

نویسندگان [English]

  • Aziz Shafiei-Zarghani
  • Sayed Farshid Kashani Bozorg

University of Tehran, School of Metallurgy and Materials Engineering, Center of Excellence for Surface Engineering and Corrosion Protection of Industries, Tehran, Iran

چکیده [English]

Ti/Al2O3 nano-composites were fabricated using friction stir processing. In order to achieve nanocomposites with different volume fraction and size of reinforcements, the rotating tool was travelled on the substrates along the grooves with various widths that were filled with 20 or 80nm sized Al2O3 powders. Nano-composites with Al2O3 volume fraction of 1.8 to 5.7% were resulted. Optical and transmission electron microscopy showed that the most effective factor on refining matrix grain size is the inter-reinforcements distance or in other words their volume fraction and dispersion. In addition, microstructural characterization and micro hardness and mechanical testing revealed that in addition to reinforcements, reduction of matrix grain size and interactions related to reinforcements/subgrain features such as grain boundaries and dislocations are responsible for the enhancement of mechanical properties of the fabricated nano-composites.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Friction stir processing
  • Ti
  • Alumina
  • Nano-composite
  • Microstructure
  • Mechanical properties
  1. Donachie, M. J., Titanium: A Technical Guide, ASM International, 2nd Edition, 2000.
  2. Matsunaga, K., Nakamura, A., Yamamoto, T., Ikuhara, Y., Theoretical study of defect structures in pure and titanium-doped alumina, Solid State Ion., 2004, 172, 155–158.
  3. Das, K., Choudhury, P., Das, S., The Al-O-Ti (Aluminum-Oxygen-Titanium) System, of Phase Equilibria, 2002, 23, 525-536.
  4. Lee, C. J., Huang, J. C., Hsieh, P. J., Mg based nano-composites fabricated by friction stir processing, Scrip. Mater., 2006, 54, 1415–1420.
  5. Tomoshige, R., Goto, T.,  Matsushita, T.,  Imamura, K.,  Chiba, A.,  Fujita, M., High-temperature-shock compaction of ceramics/silicide composites produced by combustion synthesis, J. Mater. Process. Technol., 1999, 85, 100–104.
  6. Welham, N. J., Willis, P. E., Kerr, T., Mechanochemical formation of metal–ceramic composites, Am. Ceram. Soc., 2000, 83, 33–40.
  7. Hamilton, C., Dymek, S., Blicharski, M.. A model of material flow during friction stir welding, Materials Characterization, 2008, 59, 1206-1214.
  8. Lee, W., Lee, C., Chang, W., Yeon, Y., Jung, S., Microstructural investigation of friction stir welded pure titanium, Mater. Lett., 2005, 59, 3315–3318.
  9. Fujii, H., Sun, Y., Kato, H., Nakata, K., Investigation of welding parameter dependent microstructure and mechanical properties in friction stir welded pure Ti joints, Sci. Eng. A, 2010, 527, 3386–3391.
  10. Zhang, Y., Sato, Y., Kokawa, H., Park, S., Hirano, S., Stir zone microstructure of commercial purity titanium friction stir welded using pcBN tool, Sci. Eng. A, 2008, 488, 25–30.
  11. Shamsipur, A., Kashani-Bozorg, S. F., Zarei-Hanzaki, A., The effects of friction-stir process parameters on the fabrication of Ti/SiC nano-composite surface layer, & Coat. Tech., 2011, 206, 1372–1381.
  12. Lienert, T. J., In: R.S. Mishra, M.W. Mahoney, editors. “Friction stir welding and processing”, ASM International, 2007. 123.
  13. Mirono, S., Sato, Y. S., Kokawa, H., Development of grain structure during friction stir welding of pure titanium, Acta Mater., 2009, 57, 4519 – 4528.
  14. Li, B., Shen, Y., Luo, L., Hu, W., Fabrication of TiCp/Ti–6Al–4V surface composite via friction stir processing (FSP): Process optimization, particle dispersion-refinement behavior and hardening mechanism, Materials Science and Engineering: A, 2013, 574, 75–85. 
  15. Martin, J. W., “Micromechanisms in Particle Hardened Alloys”, Cambridge University Press, Cambridge, UK, 1980, 60–98.
  16. Humphreys, F. J., Hatherly, M., Recrystallization and Related Annealing Phenomena, Oxford, Pergamon, 1995.
  17. Figiel, P., Rozmus, M., Smuk, B., Properties of alumina ceramics obtained by conventional and non-conventional methods for sintering ceramics, of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering, 2011, 48, 29-34.