تولید نانوکامپوزیت زمینه آلومینیومی تقویت شده با نانوذرات کربن با هدف بهبود خواص مکانیکی، ریزساختار و افزایش کارایی در کاربردهای صنعتی

در دیدگاه کلان صنعتیِ امروز، کاهش مصرف انرژی، کاهش هزینه‌های تولید و افزایش کارایی قطعات تولید شده، سهم پررنگی دارد. پژوهش‌های انجام شده در این زمینه منجر به تولید مواد مهندسیِ برتر شده است. نانوکامپوزیت‌های آلومینیومی، دسته‌ای از این موادِ جدید بوده که دارای خواصِ برتر مانند نسبت استحکام به وزن بالا، مقاومت به خوردگی و گستره وسیع کاربردهای صنعتی هستند. در همین راستا، افزودن نانوذرات کربنی به آلیاژ آلومینیومی 356 در روش ریخته‌گری گردابی، در سه درصد وزنی 01/0، 05/0و 10/0 به دو صورت نانو لوله‌ و نانوصفحات گرافنی، با سرعت چرخش 500 دور بر دقیقه در دمای 740 درجه سانتی‌گراد انجام شد. نتایج آزمون‌های مکانیکی بهبود خواص مکانیکی را نشان داد. به گونه‌ای که با افزودن 10/0% وزنی گرافن، حداکثر 31% بهبود در استحکام کششی و 55% در استحکام فشاری مشاهده شد. این مقادیر برای مقاوم‌ساز نانولوله کربنی با همین درصد وزنی، حداکثر 29% بهبود در استحکام کششی و 51% در استحکام فشاری بوده است. بررسی‌های ریزساختاری با میکروسکوپ الکترونی نشان داد اعمال چرخش کنترل شده در روش تولیدی گردابی، منجر به قرارگیری این نانوذرات در نواحی دور از فازهای بین فلزی ترد مانند al7si شده. هم چنین با افزایش درصد مقاوم‎‌ساز تا 10/0%، توزیع این نانوذرات نیز، در هر دو نوع مقاوم‌ساز بهبود یافته، بنابراین علاوه بر افزایش استحکام به علت ماهیتِ استحکام زیاد این مقاوم‌سازها، به علت توزیع مناسب درون زمینه، انعطاف پذیری نیز افزایش یافته است. در واقع نوآوری و دستاورد بهینه‌سازی این روش تولید، افزایش همزمان استحکام و انعطاف‌پذیری در تمام نمونه‌ها بوده، که منجر به افزایش قابلیت جذب انرژی در هر دو حالت کششی و فشاری، برای هر دو نوع مقاوم‌ساز شده است. به عبارت دیگر این قطعات بسیار مناسب کاربردهایی هستند که همزمان با تحمل بارِ مکانیکی، دچار شکست نشوند. تحلیل انرژی جذب شده در حین آزمون فشار نشان داد، قطعه تولید شده با مقاوم ساز نانولوله کربن و گرافن، با درصد وزنی 10/0 نسبت به نمونه بدون مقاوم‌ساز، به ترتیب 141% و 564% انرژی بیشتری جذب خواهد کرد، بدون آن‌که بشکند.