ارزیابی خواص مکانیکی و الکتریکی نانوکامپوزیت‌های چندلایه آلومینیوم- مس- نانولوله کربنی تولیدشده با فرآیند نورد تجمعی پیوندی

در مقاله حاضر نانوکامپوزیت‌های چندلایه با استفاده از ورق‌های آلومینیوم مس (با دو ضخامت 0/1 و 0/3میلی‌متر) و نانولوله‌های کربنی از طریق فرآیند نورد تجمعی تهیه شدند. فرآیند نورد تجمعی برای تولید نمونه‌های نانوکامپوزیتی تا پنج سیکل ادامه یافت. سپس آزمون‌های بررسی ساختار، سختی، کشش و اندازه‌گیری هدایت الکتریکی به منظور ارزیابی خصوصیات نمونه‌ها انجام پذیرفت. گلویی‌شدن و شکست دو سازوکار مهم در ارتباط با نحوه توزیع فلز مس در زمینه آلومینیم حین نورد تشخیص داده شدند. همچنین افزایش تعداد پاس‌ها ضمن بهبود پیوند لایه‌ها موجب از هم‌پاشیدن خوشه‌های نانولوله‌های‌کربنی و بهبود توزیع آنها در ساختار می‌شود. نتایج نشان می‌دهند که مقدار سختی آلومینیوم با افزایش ضخامت لایه مس برای کامپوزیت بدون نانولوله‌کربنی و نانوکامپوزیت محتوی نانولوله‌کربنی به ترتیب حدود 30 و 32% به ازای اعمال پنج پاس، افزایش یافته است. بیشترین میزان سختی، معادل 147ویکرز، متعلق به نمونه حاوی نانولوله‌کربنی و تهیه‌شده از ورق مس با ضخامت 0/3میلی‌متر و پس از اعمال پنج پاس نورد است (446% افزایش در مقایسه با آلومینیم). نتایج آزمون استحکام‌سنجی تاثیر ضخامت لایه مسی و نانولوله‌های کربنی را در افزایش استحکام تا پاس چهارم تایید می‌کند. بیشترین استحکام و تغییر طول تا شکست مربوط به نمونه نانوکامپوزیت چندلایه آلومینیم مس نانولوله‌کربنی در پاس چهارم است. همچنین نتایج آزمون‌ها مشخص می‌سازد که افزودن مس و نانولوله‌های کربنی به طور همزمان می‌تواند موجب افزایش استحکام و هدایت الکتریکی کامپوزیت‌های مورد مطالعه شود.

Evaluation of Mechanical and Electrical Properties of Al/Cu/Carbon Nanotubes Multilyer Nanocomposites Manufactured by Accumulative Roll Bonding (ARB)

In the present study, multilayer nanocomposites fabricated by accumulative roll bonding (ARB) process. Aluminum sheets, copper sheets (with 0.1 and 0.3mm thickness) and multiwall carbon nanotubes (MWCNTs) were used as experimental materials. The rolling process continued to five cycles. ‌Then, microstructure, hardness, tensile strength and electrical conductivity of nanocomposites were investigated. Necking and fracturing recognized as mechanisms of copper layers distribution in the aluminum matrix. The bonding strength between layers increased with the number of cycles due to the improvement of MWCNTs distribution. ‌The results show that the hardness of aluminum increased with increasing copper layer thickness and these increases were about 30 and 32% for composites without nano reinforcements and nanocomposites contain MWCNTs, respectively. The highest hardness (147HV), is related to the sample containing carbon nanotubes and 0.3mm copper sheet, after five rolling cycles (446% increase compared to aluminum sheets). The results confirm the positive effect of copper and the MWCNTs on the improvement of strength. The highest strength and elongation is observed in the aluminumcopperMWCNTs nanocomposite after four cycles. The results also indicated that the addition of copper and MWCNTs can simultaneously increase the strength and electrical conductivity of the resulted composites.