بررسی تجربی خواص مکانیکی ورق‌های آلومینیومی تقویت شده با نانولوله کربنی ساخته شده به روش نورد تجمعی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه صنعتی امیرکبیر

2 دانشگاه صنعتی امیر کبیر، ایران، تهران

چکیده

در این تحقیق، کامپوزیت زمینه آلومینیومی تقویت شده با نانولوله کربنی با استفاده از فرآیند نورد تجمعی بدست آمده است. از فرآیند نورد تجمعی به عنوان یکی از روش‌های تغییرشکل پلاستیک شدید به‌دلیل خواص مکانیکی و ریزساختاری خوب نمونه‌های تولیدشده، برای تقویت ورق‌های آلومینیومی با استفاده از نانولوله‌های کربنی استفاده شده است. به منظور ارزیابی خواص مکانیکی کامپوزیت ساخته‌شده از آزمایش کشش تک‌محوری استاندارد استفاده شده است، بدین منظور، ابتدا استحکام کششی نهایی ورق‌های ساخته شده با روش نورد تجمعی با ورق تک لایه و سپس ورق‌های تقویتشده با نانولوله کربنی مقایسه شده است. تغییرات ریزساختاری کامپوزیت حین چرخه‌های مختلف نورد توسط میکروسکوپ نوری مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان می‌دهد که افزودن 05/0-15/0 درصد وزنی نانولوله کربنی در ورق‌های کامپوزیت باعث افزایش استحکام کششی‌نهایی آنها شده ولی افزودن بیش از 15/0 درصد وزنی نانولوله کربنی باعث کاهش استحکام کششی‌نهایی ورق‌های کامپوزیت می‌گردد. علاوه بر آن، کامپوزیت زمینه فلزی تولیدشده به وسیله نوردتجمعی تا 7 چرخه، توزیع یکنواخت و پیوند قوی بین ذرات و زمینه را نشان می‌دهد. همچنین هنگامی که تعداد چرخه‌ها افزایش می‌یابد، استحکام کششی‌نهایی کامپوزیت نیز افزایش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Experimental Investigation of the Mechanical Properties of Aluminum Sheets Reinforced by Carbon Nanotubes Utilizing Accumulative Roll Bonding Process

نویسندگان [English]

  • Mohammadreza Morovvati 1
  • Bijan Mollaei-Dariani 2
1 Mechanical Engineering, Amirkabir University of Technology
2 Mechanical Engineering, Amirkabir University of Technology, Iran, Tehran
چکیده [English]

In this study, aluminum sheets reinforced by carbon nanotubes were fabricated using the Accumulative Roll Bonding method. The accumulative roll bonding process was chosen among the severe plastic deformation methods to strengthen metal sheets using carbon nanotubes owing to the enhanced microstructure and mechanical properties of final products. In order to evaluate the mechanical properties of the specimens, tensile tests were carried out and the strength of sheets made by accumulative roll bonding method was compared to single-layer pure aluminum and reinforced composite sheets. Microstructural changes of composite sheets were studied by optical microscopy after each cycle of rolling process. The results showed that spreading of (0.05 to 0.15) wt% of carbon nanotubes increased the ultimate strength of the composite sheets while by aggregating the carbon nanotubes more than 0.15 wt% a decreasing trend of the ultimate strength was observed.. Furthermore, the composites fabricated from 7 cycle of rolling process had a homogeneous distribution of particles and strong bonding between particles and matrix without having any porosity. Also it was found that the tensile strength of composite sheets also increased as the number of cycles increased.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Severe plastic deformation
  • Accumulative roll bonding
  • Carbon nano tube
  • Microstructure
[1]  Raju, K. S. R., Raju V. R.,  Raju P. R. M., Rajesh S., Partha G. “Enhancement of the mechanical properties of an aluminum metal matrix nanocomposite by the hybridization technique.” Journal of Materials Research and Technology 5 (2016): 241–249
[2]  Mazahery A., Ostad Shabani M.  Characterization of cast A356 alloy reinforced with nano SiC composites.Trans. Nonferrous Met. Soc. China 22(2012) 275−280
[3]  Morovvati M. R., Lalehpour A and Esmaeilzare A.Effect of nano/micro B4C and SiC particles on fracture properties of aluminum 7075 particulate composites under chevron-notch plane strain fracture toughness test. Materials Research Express, 3 (2016)
[4]  Iijima S., Brabec C., Maiti A., Bernholc J. Structural flexibility of carbon nanotubes. J Chem Phys 104(1996): 2089-92
[5]  Morovvati M. R., Mollaei-Dariani B. The formability investigation of CNT-reinforced aluminum nanocomposite sheets manufactured by accumulative roll bonding. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. April 2018, Volume 95, Issue 9–12, pp 3523–3533.
[6]  Morovvati M. R., Mollaei-Dariani B. The effect of annealing on the formability of aluminum 1200 after accumulative roll bonding. Journal of Manufacturing Processes, Volume 30, December 2017, Pages 241254.
[7]  Dong, S., Tu J., Zhang X. “An investigation of the sliding wear behavior of Cu-matrix composite reinforced by carbon nanotubes, Material Science Engineering.” 313 (2001): 83–87
[8]  Laha, T.  , A. Agarwa, T. Tim, Seal, S. “Synthesis and characterization of plasma spray formed carbon nanotube reinforced aluminum composite.” Material Science Engineering A 381(2004): 249–258
[9]  Esawi A.M.K., Borady M.A.E. “Carbon nanotubereinforced aluminium strips.” Composite Science Technology  68(2008): 486–492
[10] Xudong, Y., Chunsheng, S., Enzuo, L., Jiajun, L., Naiqin, Z. “Synthesis of uniformly dispersed carbon nanotube reinforcement in Al powder for preparing reinforced Al composites.” Composites: Part A 42 (2011)1833–1839
[11] Jinzhi, L., Ming-Jen, T. “Mixing of carbon nanotubes (CNTs) and aluminum powder for powder metallurgy use.” Powder Technology, 208 (2011): 42-48
[12] Valiev, R.Z., and Langdon, T.G. “Principles of equalchannel angular pressing as a processing tool for grain refinement.” Progress in Materials Science 51 (2006):881–981
[13] Zhilyaev, A.P., Langdon, T. G. “Using highpressure torsion for metal processing: fundamentals and applications.” Progress in Materials Science 53 (2008): 893-979
[14] Saito, Y., Tsuji, N., Utsunomiya, H., Sakai, T., Hong, R.G., “Ultra-fine grained bulk aluminum produced by accumulative roll-bonding (ARB) process.” Scripta materialia, 39.9 (1998): 1221-1227
[15] Saito, Y., Utsunomiya, H., Tsuji, N., Sakai, T., Novel ultra-high straining process for bulk materials— development of the accumulative roll-bonding (ARB) process.” Acta materialia 47.2 (1999): 579-583
[16] Cave, J.A., and Williams, J.D. “The Mechanisms of Cold Pressure Welding by Rolling.” Journal of the Institute of Metals 101 (1975): 203–207
[17] Salimi, S. Izadi, H. Gerlich, A.P. “Fabrication of an aluminum–carbon nanotube metal matrix composite by accumulative roll-bonding.” Journal of Material Science 46 (2011): 409–415, 2011.
[18] ASTM E8, Standard test methods for tension testing of metallic materials, Annual Book of ASTM Standards 3, (2001): 1
[19] Tsuji, N. Ito, Y. Saito, Y. and Minamino, Y. “Strength and Ductility of Ultrafine Grained Aluminum and Iron Produced by ARB and Annealing” Scripta Materialia 47 (2002): 893-995
[20] Honda, K. and Yamada, R. “On the change of elastic constant in metals caused by cold working.” Sci. Repts, Tohoku Imp, Univ 17  (1928): 723-741
[21] Yamaguchi, K., Adachi, H., and Takakura, N., “Effects of plastic strain path on Young’s modulus of sheet metals” Metals and Materials (1998): 420-425