علوم و فناوری کامپوزیت

نقش مدت زمان آلیاژسازی مکانیکی در ریزساختار و رفتار حرارتی و مکانیکی کامپوزیت-های واکنشی Al-Ni

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار، مهندسی مواد، دانشگاه مالک اشتر، تهران.

2 فارغ‌التحصیل کارشناسی ارشد، مهندسی مواد مرکب، دانشگاه مالک اشتر، تهران.

3 دانشجوی دکتری، مهندسی مواد مرکب، دانشگاه مالک اشتر، تهران.

چکیده

کامپوزیت‌های واکنشی گروه جدیدی از مواد کامپوزیتی که متشکل از دو یا چند ماده هستند؛ به‌طوری‌که در شرایط محیطی قادر به اشتعال یا انفجار نیستند ولی در اثر شوک و بارهای ضربه‌ای شدید و افزایش دما، قابلیت آزادسازی انرژی زیادی را دارند. هدف در این تحقیق، بررسی اثر مدت زمان آسیاکاری بر ریزساختار و خواص حرارتی و خواص مکانیکی کامپوزیت Al-Ni است. به این منظور، ترکیب‌ Al-Ni با نسبت مولی 2:1 در 0.5، 1، 2، 4 و 6 ساعت آسیاکاری و مخلوط شدند. سپس نمونه‌ها پرس سرد شده و در دمای ˚C 400 به مدت یک ساعت تحت اتمسفر گاز خنثی تف‌جوشی شدند. ریزساختار به وسیله میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی (FESEM) و XRDآنالیز شد. برای بررسی خواص حرارتی از DSC و DTA و برای خواص مکانیکی از آزمون فشار و هاپکینسون استفاده شده است. نتایج آزمون DSC نشان داد که با افزایش زمان آسیاکاری دمای شروع واکنش از ˚C 650.34 در نمونه 0.5 ساعت آسیاکاری شده به ˚C 645.84 در نمونه 6 ساعت آسیاکاری شده و گرمای واکنش (آنتالپی) از J/g 26.87 به J/g 14.84 کاهش پیدا کرد. نتایج آزمون فشار و هاپکینسون برای نمونه با 6 ساعت آسیاکاری به ترتیب افزایش 21 و 42 درصدی استحکام فشاری را در مقایسه با نمونه با 0.5 ساعت آسیاکاری نشان داد. همچنین نتایج نشان داد با افزایش نرخ کرنش از s-1 0.01 (در آزمون فشار) به s-1 1000 (در آزمون هاپکینسون) تنش فشاری افزایش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

The role of mechanical alloying time on the thermal and mechanical behavior of Al/Ni reactive composites

نویسندگان [English]

  • Ali Alizadeh 1
  • Mohammad Estakhri 2
  • Mohammadreza Zahmatkesh 2
  • Mehdi Mehdi Abdollahi Azghan 3

1 Complex of Material and Manufacturing Technology, Malek Ashtar University, Tehran, Iran.

2 Complex of Material and Manufacturing Technology, Malek Ashtar University, Tehran, Iran.

3 Complex of Material and Manufacturing Technology, Malek Ashtar University, Tehran, Iran.

چکیده [English]

Reactive composites are a new group of composite materials consisting of two or more materials that cannot ignite or explode in the Environmental conditions, but can release a lot of energy due to shock and severe impact loads. This study aimed to investigate the effect of milling time on the microstructure, thermal and mechanical properties of the Al-Ni composite. For this purpose, the Al-Ni compound with a 2:1 Al:Ni molar ratio was milled for 0.5, 1, 2, 4 and 6 hours in attrition mill and mixed. Then the samples were cold press and sintered at 400 ˚C under argon atmosphere for one hour. The microstructure of samples was analyzed by field emission scanning electron microscope (FESEM) and XRD. To investigation of thermal properties DSC and DTA analysis and for mechanical properties compression test and Hopkinson test were used. The DSC analysis results showed that by increasing the milling time, the reaction start temperature decreased from 650.34 °C in the sample milled to 0.5 hour to 645.84 °C the sample milled to 6 hour and the reaction heat (enthalpy) decreased from 26.87 J/g to 14.84 J/g. The results of compression and Hopkinson tests of samples after 6 hours milling time showed 21 and 42 percent increase in compressive strength, respectively compared to samples after 0.5 hours milling time. Also, the results showed that the compressive strength increased by changing the strain rate from 0.01 s-1 (in the pressure test) to 1000 s-1 (in the Hopkinson test).

کلیدواژه‌ها [English]

  • Reactive composites
  • Compressive properties
  • Thermal properties
  • Mechanical alloying
مراجع
[1] Totten, G. E. and MacKenzie, D. S., “Handbook of Aluminum: Vol. 1: Physical Metallurgy and Processes,” CRC press, 2003.
[2]  Tayebi, M. Rahmat Abadi, D. Rashidi, R. and Hashemi, R., “Evaluation of mechanical properties and microstructure for Al/Ni%5 produced by cross accumulative roll bonding process”, In Persian, Journal of Science and Technology of Composites, Vol. 05, No. 02, pp. 279-288, 2018.
[3]  Arpatappeh, F. A., Azghan, M. A. and  Eslami-Farsani, R., “The Effect of Stacking Sequence of Basalt and Kevlar Fibers on the Charpy Impact Behavior of Hybrid Composites and Fiber Metal Laminates”, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science, Vol. 234, No. 16, pp. 3270-3279, 2020.
[4]  Upadhyaya, G., “Pease Lf Iii, West Wg: Fundamentals of Powder Metallurgy”, Metal Powder Industries Federation, Vol. 36, No. 1, pp. 54-55, 2004.
[5]  Robatto, L., Rego, R., Righetti, V., Thim, G. and  Borille, A., “Residual Stress Heterogeneity Induced by Powder Metallurgy Gear Manufacturing Chains”, International Journal of Precision Engineering and Manufacturing-Green Technology, Vol. 9, pp. 473–484, (2022).
[6]  Azizi, Z., Rahmani, K., Taheri-Behrooz, F., “Study of microstructure and investigation of mechanical properties of pure aluminum-graphene nanocomposite using ball mill method in casting process with mechanical and electromagnetic stirring”, In Persian, Journal of Science and Technology of Composites, Vol. 8, No. 2, pp. 1532-1542, 2021.
[7]  Delshad Gholami, M., Rahmatabadi, D., Shojaee, T., Hashemi, R., and Mohammadi, H., “Evaluation of Mechanical Properties and Fracture Toughness of Aluminum- Magnesium Aluminum Composite Produced by Cold Roll Bonding process”, In Persian, Journal of Science and Technology of Composites, Vol. 8, No. 1, pp. 1317-1326, 2021.
[8]  Jung, S.H. and  Lee, K., “Effect of Microstructure Control on Reaction Characteristics in Al/Ni Reactive Powder”, The 4th Research and Development Institute-2nd Directorate, Daejeon, 34060, Korea, 2017.
[9]  Wu, J. X., Fang, X., Gao, Z. R., Wang, H. X., Huang, J. Y., Wu, S. Z. and Li, Y.C., “Investigation on Mechanical Properties and Reaction Characteristics of Al-PTFE Composites with Different Al Particle Size”, Advances in Materials Science and Engineering, Vol. 2018, pp. 10-18, 2018.
[10] Hadjiafxenti, A., Gunduz, I. E., Tsotsos, C., Kyratsi, T., Doumanidis, C. C. and  Rebholz, C., “Synthesis of Reactive Al/Ni Structures by Ball Milling”, Intermetallics, Vol. 18, No. 11, pp. 2219-2223, 2010.
[11] Hadjiafxenti, A., Gunduz, I., Kyratsi, T., Doumanidis, C. and  Rebholz, C., “Exothermic Reaction Characteristics of Continuously Ball-Milled Al/Ni Powder Compacts”, Vacuum, Vol. 96, pp. 73-78, 2013.
[12] Kuk, S. W., Ryu, H. J. and  Yu, J., “Effects of the Al/Ni Ratio on the Reactions in the Compression-Bonded Ni-Sputtered Al Foil Multilayer”, Journal of alloys and compounds, Vol. 589, pp. 455-461, 2014.
 [13] Mason, B., Groven, L. J. and  Son, S. F., “The Role of Microstructure Refinement on the Impact Ignition and Combustion Behavior of Mechanically Activated Ni/Al Reactive Composites”, Journal of Applied Physics, Vol. 114, No. 11, pp. 113--121, 2013.
[14] Gunduz, I. E., Fadenberger, K., Kokonou, M., Rebholz, C., Doumanidis, C. C. and  Ando, T., “Modeling of the Self-Propagating Reactions of Nickel and Aluminum Multilayered Foils”, Journal of Applied Physics, Vol. 105, No. 7, pp. 74-93, 2009.
[15] Hashemabad, S. G. and Ando, T., “Ignition Characteristics of Hybrid Al–Ni–Fe2o3 and Al–Ni–Cuo Reactive Composites Fabricated by Ultrasonic Powder Consolidation”, Combustion and Flame, Vol. 162, No. 4, pp. 1144-1152, 2015.
[16] Sheikhpour, A., Hosseini, S. G., Tavangar, S. and Keshavarz, M. H., “The Influence of Magnesium Powder on the Thermal Behavior of Al–Cuo Thermite Mixture”, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, Vol. 129, No. 3, pp. 1847-1854, 2017.
[17] Pantoya, M. L. and  Granier, J. J., “Combustion Behavior of Highly Energetic Thermites: Nano Versus Micron Composites”, Propellants, Explosives, Pyrotechnics: An International Journal Dealing with Scientific and Technological Aspects of Energetic Materials, Vol. 30, No. 1, pp. 53-62, 2005.
[18] Huang, C., Chen, J., Bai, S., Li, S., Tang, Y., Liu, X. and  Ye, Y., “Enhancement of Energy Release Performance of Al–Ni Composites by Adding CuO”, Journal of Alloys and Compounds, Vol. 835, pp. 155-271, 2020
علوم و فناوری کامپوزیت
دوره 8، شماره 4
اسفند 1400
صفحه 1817-1825
فایل ها
هم رسانی
ارجاع به این مقاله
آمار