بررسی اثر نانوصفحات گرافن و نانوتیوب کربن بر بهبود خواص مکانیکی نانوکامپوزیت زمینه آلومینیومی

کامپوزیت‌ها، از جمله مواد مهندسی هستند که به دلیل دارابودن خواص مهمی نظیر نسبت استحکام به وزن بالا، مقاومت به خوردگی و دامنه گسترده تغییر در خواص فیزیکی و مکانیکی، مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته‌اند. از راه‌های بهبود و دستیابی به خواص برتر، اصلاح و بهینه‌سازی فرآیند تولید و توجه به استفاده از نانوذرات، به عنوان مقاوم‌ساز در این مواد، است. در همین‌راستا، روش ریخته‌گری گردابی به عنوان یکی از روش‌های توزیع ذرات مقاوم‌ساز در مذاب، در نظر گرفته شده و با توجه به خواص نانوذرات پایه کربنی، از سه درصد وزنی 0.01، 0.05 و 0.1 از نانوصفحات گرافن و نانو تیوب کربن به عنوان ذرات مقاوم‌ساز در آلیاژ اولیه a356 استفاده شد. با چندین مرتبه سعی و خطا، مناسب‌ترین شرایط برای اضافه کردن مقاوم‌سازها به مذاب حاصل شد. این شرایط شامل سرعت چرخش همزن گرافیتی، rpm 500 به مدت یک دقیقه به صورت متوالی و در دمای 740 درجه سانتیگراد حاصل شد. آنالیز عنصری، فازی و بررسی‌های ریزساختاری، توزیع و ایجاد نانوذرات مقاوم‌ساز را در زمینه کامپوزیت تایید کرد. آزمون کشش، بهبود استحکام تسلیم، نهایی و شکست را نشان داد، به گونه‌ای که حداکثر افزایش استحکام و ازدیاد طول، با استفاده از 0.1 درصد وزنی گرافن، 28% و 2.6% بوده است. هم‌چنین با استفاده از 0.1 درصد وزنی نانوتیوب کربن، سختی نانوکامپوزیت تا 88.4 ویکرز افزایش یافته که بهبود 33% را نسبت آلیاژ بدون مقاوم‌ساز نشان می‌دهد. افزایش همزمان استحکام و کرنش از مهم‌ترین نتایج این پژوهش است.

Investigation of the Effect of Graphene Nano Plates and Carbon Nanotubes on the Improvement of Mechanical Properties of Aluminum Matrix Nanocomposites

One of the methods to improve and achieve superior properties, is to modify and optimize the Manufacturing Process and to consider the use of nanoparticles as reinforcements in these materials. In this regard, stir casting method is considered as one of the methods of distribution of refractory particles in the melt and three percent by weight of 0.01, 0.05 and 0.1% of graphene nameplates and carbon nanotubes as reinforcements particles added to The primary alloy A356, due to the properties of carbon based nanoparticles. The optimum conditions, including the rotational speed of the graphite mixer, 500 RPM, were obtained for oneminute mixing in a row, at 740⁰C. The results of elemental, phasic and microstructural analysis, confirmed, the distribution correctly of reinforcements nanoparticles in the composite matrix. The tensile test showed, an increase in yield, ultimate and fracture strength, and also strain, so that the maximum increase in strength and strain using 0.1 wt.% graphene, was 28% and 2.6%, respectively. Also, by using 0.1 wt.% carbon nanotube, the nanocomposite hardness increased to 88.4 Vickers, indicating a 33% improvement in the ratio of nonreinforced alloy.