بررسی تاثیر افزودن اکسید وانادیم بر ریز ساختار و خواص مکانیکی کامپوزیت های آلومینیوم- اکسید وانادیم تهیه شده به روش پلاسمای جرقه ای

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مواد و متالورژی، واحد کرج ، دانشگاه آزاد اسلامی ، کرج، البرز، ایران

2 پژوهشکده سرامیک، پژوهشگاه مواد و انرژی، کرج، البرز، ایران

چکیده

کامپوزیت­های زمینه آلومینیوم به دلیل خواص مکانیکی مطلوب بخصوص استحکام ویژه بسیار بالا در صنایع هوافضا و خودروسازی از جایگاه ویژه ای برخوردار می باشند. در این پژوهش تاثیر افزودنی اکسید وانادیم بر ریزساختار و خواص مکانیکی کامپوزیت زمینه آلومینیوم تهیه شده به وسیله تفجوشی پلاسمای جرقه ای بررسی شد. پودر اکسید وانادیم ۵ ظرفیتی به میزان ۵، ۱۰ و ۱۵ درصد وزنی توسط مخلوط کن پر انرژی اسپکس با پودر آلومینیوم در محیط تر مخلوط شد و سپس مخلوط بدست آمده در دمای ۷۰ درجه سانتیگراد بر روی هیتر خشک شد. فرآیند تفجوشی توسط روش پلاسمای جرقه ای در دماهای ۴۰۰ و ۴۵۰ درجه سانتیگراد در شرایط خلاء و در فشار اولیه ۱۰ و فشار پایانی ۳۰ مگاپاسکال انجام شد. نتایج الگوی پراش پرتو ایکس تشکیل موضعی از فاز آلومیناید وانادیم و کاهش ظرفیت اکسید وانادیم را با افزایش دمای تفجوشی نشان داد. نتایج بررسی خواص مکانیکی بیان کننده بیشترین میزان استحکام خمشی (۱1± ۱۴۱ مگا پاسکال) و سختی  (1۲±1۰۳ ویکرز) برای نمونه حاوی ۱۵ در صد وزنی اکسید وانادیم و تفجوشی شده در دمای ۴۵۰ درجه بود. تصاویر میکروسکوپ الکترونی نشان دهنده توضیع نسبتا یکنواخت فاز تقویت کننده در ریز ساختار بوده و به دلیل ذوب موضعی اکسید وانادیم در فصل مشترک ذرات آلومینیوم مخلوطی از فازهای اکسیدی مشاهده می شود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

The effect of V2O5 addition on the microstructure and mechanical properties of Al-V2O5 composites prepared by spark plasma sintering

نویسندگان [English]

  • Fatemeh Zarghami 1
  • Ali Akbar Farashiani 1
  • Mansour Razavi 2
1 Department of materials engineering, Karaj branch of Islamic Azad University, Alborz, Iran
2 Department of ceramic, Materials and energy research center, Alborz, Iran
چکیده [English]

In this present study, 5, 10 and 15 wt% V2O5 were added to aluminum matrix and the microstructure and mechanical properties of spark plasma sintered composites were investigated. The mixing process was conducted in ethanol media with high energy mixer mill and then the mixture was heated on the hot plate at 70°C. The sintering process was performed at the   400 and 450°C with vacuum condition and 10 and 30 MPa initial and final applied pressure, respectively. The XRD patterns showed interfacial product of Al3V and reduction-transition in oxygen content by increasing of sintering temperature. The mechanical properties investigation revealed highest bending strength of 141±11 MPa and Vickers hardness of 103±12 (VHN) for specimens with 15wt% of V2O5 and sintered at 450°C. The FESEM images showed almost uniform distribution of reinforcement and local melting area with different types of vanadium oxide.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Aluminum
  • Vanadium pantoxide
  • Composite
  • Spark Plasma Sintering

[1] K.K. Chawla, Composite Materials: Science and Engineering, Springer-Verlag, New York, 1998.

 

[2] Ehsan Ghasali, Amirhossein Pakseresht, Ali Rahbari, Hossein Eslami-shahed, Masoud Alizadeh, Touradj Ebadzadeh, Mechanical properties and microstructure characterization of spark plasma and conventional sintering of Al-SiC-TiC composites, J. Alloys Compd. 666 (2016) 366-371.

 

[3] K. Shirvanimoghaddam, H. Khayyam, H. Abdizadeh, M. KarbalaeiAkbari, A.H. Pakseresht, E. Ghasali, M. Naebe, Boron carbide reinforced aluminium matrix composite : physical, mechanical characterization and mathematical modelling, Mater. Sci. Eng. A 658 (2016) 135-149.

 

[4] E. Ghasali, et al., Investigation on microstructural and mechanical properties of B4C-aluminum matrix composites prepared by microwave sintering, J. Mater. Res. Technol. 4 (4) (2015) 411-415.

 

[5] Ehsan Ghasali, Masoud Alizadeh, Touradj Ebadzadeh, Mechanical and microstructure comparison between microwave and spark plasma sintering of Al-B4C composite, J. Alloys Compd. 655 (2016) 93-98.

 

[6] Ehsan Ghasali, Amir Hossein Pakseresht, Maryam Agheli, Amir Hossein Marzbanpour, Touradj Ebadzadeh, WC-Co particles reinforced aluminum matrix by conventional and microwave sintering 18 (6) (2015) 1197-1202.

 

[7] Nukami, Tetsuya, and Merton C. Flemings. "In situ synthesis of TiC particulate-reinforced aluminum matrix composites." Metallurgical and Materials Transactions A 26.7 (1995): 1877-1884.

 

[8] Ehsan Ghasali, Amirhossein Pakseresht, Fatemeh Safari-kooshali, Maryam Agheli, Touradj Ebadzadeh, Investigation on microstructure and mechanical behavior of Al-ZrB2 composite prepared by microwave and spark plasma sintering, Mater. Sci. Eng. A 627 (2015) 27-30.

 

[9] Wang, M., et al. "Size effect on mechanical behavior of Al/Si 3 N 4 multilayers by nanoindentation." Materials Science and Engineering: A 644 (2015): 275-283.

 

[10] Abdizadeh, Hossein, et al. "Improvement in physical and mechanical properties of aluminum/zircon composites fabricated by powder metallurgy method." Materials & Design 32.8 (2011): 4417-4423.

 

[11] Murthy, KV Shivananda, et al. "Mechanical and thermal properties of AA7075/TiO2/Fly ash hybrid composites obtained by hot forging." Progress in Natural Science: Materials International 27.4 (2017): 474-481.

 

[12] Anvari, S. Z., F. Karimzadeh, and M. H. Enayati. "Synthesis and characterisation of nanostructured Al–Al3V and Al–(Al3V–Al2O3) composites by powder metallurgy." Materials Science and Technology (2017): 1-12.

 

[13] Costigan, M., Richard Cary, Stuart Dobson, and World Health Organization. "Vanadium pentoxide and other inorganic vanadium compounds." (2001).

[14]  Greenwood, Norman Neill, and Alan Earnshaw. "Chemistry of the Elements." (1984).

[15] Bachmann, Hans-Gert, Farid Ramadan Ahmed, and William Howard Barnes. "The crystal structure of vanadium pentoxide." Zeitschrift für Kristallographie-Crystalline Materials 115, no. 1-6 (1961): 110-131

[16]  Haynes, William M., ed. CRC handbook of chemistry and physics. CRC press, 2014.

 

[17] Jawalkar, C. S., Ajay Singh Verma, and N. M. Suri. "Fabrication of Aluminium Metal Matrix Composites with Particulate Reinforcement: A Review." Materials Today: Proceedings 4.2 (2017): 2927-2936.

 

[18] Hildeman, Gregory J., and Michael J. Koczak. "Aluminum powder metallurgy." JOM 38.8 (1986): 30-32.

 

 

[19] M. Suarez, A. Fernandez, J.L. Menendez, R. Torrecillas, H.U. Kessel, et al., Challenges and opportunities for spark plasma sintering : a key technology for a new generation of materials, in: B. Ertug (Ed.), Sintering Applications, 2013, pp. 320e338.

 

[20] Olivier Guillon, Jesus Gonzalez-Julian, Benjamin Dargatz, Tobias Kessel, Gabi Schierning, Jan R€athel, Mathias Herrmann, Field-assisted sintering technology/spark plasma sintering: mechanisms, materials, and technology developments, Adv. Eng. Mater. 16 (7) (July 2014) 830-849.

 

[21] Shevchenko, V. G., V. N. Krasil’nikov, D. A. Eselevich, A. V. Konyukova, A. I. Ancharov, and B. P. Tolochko. "Effect of V2O5 on the oxidation mechanism of ASD-4 powder." Combustion, Explosion, and Shock Waves 51, no. 5 (2015): 572-577.