تأثير اضافة الدقائق السيراميكية على خواص مؤلفات معدن الالمنيوم

Abstract

تعتبر عملية تصنيع المواد المتراكبة ذات الاساس المعدني ذات اهمية كبيرة تدخل في تطبيقات واسعة في الصناعة فمن خلالها يمكن الحصول على سبائك ذات مواصفات متطورة . في هذا البحث استخدمت مادة الالمنيوم كأساس لما يمتلكه من خواص تميزه عن باقي المواد ، اما مادة التقوية فكانت أوكسيد الالمنيوم الذي يتميز بصلادته العالية ومقاومته للحك ومعامل تمدد حراري منخفض وخواص مرغوبة كثيرة .في هذا البحث تم تصنيع نماذج من سبيكة الالمنيوم المقواة بدقائق أوكسيد الالمنيوم بنسب مختلفة (3,5,10wt%) وباستخدام تقنية ميتالوروجيا المساحيق حيث تم دراسة خواص الصلادة والكثافة والبلى لهذه السبائك ومقارنتها مع سبيكة الالمنيوم غير المدعمة بدقائق أوكسيد الالمنيوم . من خلال النتائج تم التوصل الى ان زيادة نسبة اضافة دقائق أوكسيد الالمنيوم ادى الى زيادة قيم الصلادة حيث اكتسبت العينات المدعمة بنسبة (10wt%)من الالومينا اعلى قيم للصلادة ، وتبين بأن أقل معدل للبلى تزامن مع كون الصلادة اعلى مايمكن وأعلى معدل للبلى ظهر في العينات غير المدعمة بالدقائق.

المفتاح: composite matrix, ceramic reinforced Al-matrix . المقدمة تنشأ المواد المتراكبة ذات الاساس المعدني من عملية توافق طورين مختلفين منفصلين ، الاول هو طور مادة الاساس والذي يتكون من معدن او قد يكون سبيكة ومادة الاساس المستعملة في هذا البحث هي الالمنيوم وذلك لما يمتلكه من مواصفات تميزه عن باقي المعادن مثل كثافته المنخفضة نسبيا ،التوصيلية الكهربائية والحرارية الجيدة،والمقاومة العالية للتاكل .اما الطور الثاني فهو طور التقوية والذي يتكون من مادة سيراميكية او معدنية لا تذوب داخل مادة الاساس اذ من الضروري ان تمتلك مادة التقوية درجة انصهار عالية لمنع حدوث اي تذاوب ذي قيمة بين الطورين، وتختلف مواد التقوية باختلاف طرائق تصنيعها من اهمها التقويه بالدقائق والالياف والطبقات. وفي هذا البحث تم استخدام اوكسيد الالمنيوم كمثال لمادة التقوية وذلك لصلادته العالية ومقاومته للبلى ويمتلك معامل تمدد حراري منخفض .تم استخدام تقنية ميتالوروجيا المساحيق في عملية تصنيع النماذج المستخدمة في البحث ويمكن تلخيص هذه التقنية بخمس خطوات : 1- انتاج مسحوق ناعم . 2- مزج واعداد المسحوق لعملية التشكيل . 3- كبس المسحوق الى الشكل المطلوب للمنتوج . 4- تسخين وتلبيد الشكل الناتج من عملية الكبس في درجة حرارة اوطأ من درجة الانصهار. 5- العمليات الاضافية لازالة الزوائد .

الجزء العملي استخدم فلز الالمنيوم كمادة اساس للمادة المتراكبة المحضرة في البحث ، واستخدم مسحوق اوكسيد الالمنيوم نوع الفا (α-Al2O3 ) اذ تم اضافته بنسب وزنية مقدارها (3,5,10wt%)، قبل استخدام مسحوق أوكسيد الالمنيوم تم ادخاله في الفرن وتمت معالجته حراريا في درجة 900 مه لمدة 2 ساعة وذلك لازالة الرطوبة والاجزاء غير المرغوبة ان وجدت فيه . بعد ذلك تم طحن المسحوق وغربلته وذلك بهدف الحصول على الحجم المطلوب من الدقائق وهو 250 مايكرو ن ، تم خلط اوكسيد الالمنيوم مع مسحوق الالمنيوم داخل هاون يدوي ودامت مدة الخلط 20 دقيقة ، بعد ذلك تم وضع المخلوط داخل قالب الكبس وتم تسليط ضغط مقدراه 5 طن بواسطة مكبس هيدروليكي لتشكيل العينات المطلوبة، بعد تشكيل العينات اجريت عملية التلبيد حيث وضعت العينات داخل فرن انبوبي معزول عن الهواء حيث تم استعمال غاز الاركون لمنع عملية التاكسد وجرت عملية التلبيد بدرجة حرارة 650 م° لمدة 3 ساعات بعد ذلك تم اخراج العينات بعد بقائها في الفرن بعد الحرق لمدة ساعتين لمنع حصول التشققات. اجريت فحوصات الكثافة والصلادة وقياس معدل البلى على النماذج المحضرة،وكانت النتائج كما يلي: بالنسبة الى الكثافة والمسامية بعد التلبيد فان اكبر انكماش حجمي للنماذج الملبدة قد حصل عند العينات المدعمة بنسبة اضافة (3wt%Al 2 O 3) اما النماذج غير المدعمة فنجد ان قيمة الكثافة بعد التلبيد قد ازدادت بصورة ملحوظة. اما فحص الصلادة نلاحظ ان قيم الصلادة لكل المجاميع تزداد مع زيادة نسب الاضافة حيث اعلى قيمة للصلادة عند نسبة اضافة (10wt% Al 2 O 3 ) واقل قيمة للصلادة عند النماذج غير المدعمة . اما نتائج البلى فان اوطأ معدل للبلى قد حصل عند نسبة اضافة Al 2 O 3) (10wt% اما العينات غير المدعمة فنجد ان معدل البلى لها اعلى مايمكن.

المناقشة والاستنتاج من خلال ملاحظة نتائج الكثافة والمسامية نجد ان قيمة الكثافة ازدادت في النماذج غير المدعمة بعد التلبيد وذلك بسبب الترابط القوي بين دقائق المادة الواحدة وقلة المسام وصغر حجمها ، ولقد اوضحت دراسة سلوك المسام عند تلبيد المكبوسات المصنوعة من مساحيق صغيرة الدقائق انه عند الانكماش الحجمي تقل الكمية العامة للمسام وتزداد ابعادها، وتحاول المسام اخذ الشكل الكروي عند التلبيد والانفصال عن بعضها. ايضا يمكن القول بانه قد حدث نمو وان كان محدودا في حجم المسامات بعد التلبيد مع زيادة نسبة مادة التقوية المضافة .اما قيم الصلادة فانها تزداد مع زيادة نسب الاضافة وذلك لان اوكسيد الالمنيوم هو اصلا مادة ذات صلادة عالية جداً،فضلاًعن طبيعة الدقائق التي تعمل كعوائق لتشوه المادة الاساس بسبب صلادتها العالية وبالتالي سوف تساهم كلُ ًمن الدقائق الخشنة والناعمة في زيادة قيم الصلادة، وهكذا فان وجود هذه الدقائق السيراميكية تعمل على اعاقة حركة الانخلاعة بنسبة اكبر عند زيادة النسب الوزنية للدقائق المضافة ،كذلك فان للتلبيد تاثيراً في قيم الصلادة وباختلاف نسب اضافة اوكسيد الالمنيوم ،اذ يعود سبب الزيادة لقيم الصلادة الى حصول ترابط للدقائق فيما بينها (دقائق المادة الاساس ومادة التدعيم ) وبالاعتماد على اليات الانتشار يحصل الترابط بانتشار الذرات الى مناطق التلامس (مناطق السطوح البينية)ما بين الدقائق مؤدية الى نشوء الحدود البلورية وزيادة في مساحات الترابط ما بين الدقائق . اما معدل البلى فانه يقل كلما ازدادت نسبة الاضافة وهذا توافق معقول علميا مقارنة مع قيم الصلادة حيث تكون هي الاعلى عند هذه النسبة مما يؤدي الى انخفاض معدل البلى مقارنة مع النماذج الاخرى ومع النموذج الخالي ممن التقوية .

المصادر 1- ASM International "metal Hand Book", first printing September (USA) (1988) (ASME). 2- د.ج.ديفينز ول.أ.أويلمان."المعادن بنيتها وخواصها ومعاملتها الحرارية" ترجمة الدكتور جعفر طاهر الحيدري والسيد عدنان نعمة؛بغداد, العراق (1989). 3- د.قحطان خلف الخزرجي "ميتالورجيا المساحيق" هندسة المواد/جامعة بابل (