%عکس - کامپوزیت زمینه فلزی چیست؟

کامپوزیت زمینه فلزی چیست؟

kianborna

کامپوزیت به ترکیبی از دو یا چند ماده با یکدیگر گفته می شود. کامپوزیت ها از یک جزء زمینه و یک جزء تقویت کننده تشکیل می شوند و از نظر نوع این اجزاء به سه دسته کامپوزیت های زمینه فلزی, کامپوزیت های زمینه پلیمری و کامپوزیت های زمینه سرامیکی طبقه بندی می شوند. در این بخش از ساختمانچی به معرفی کامپوزیت های زمینه فلزی پرداخته شده و سعی بر آن شده تا اطلاعات جامعی در اختیار شما قرار داده شود. این نوع کامپوزیت ها در مقایسه با فلزات یکپارچه دارای مزایای بیشتری هستند از جمله مقاومت بالا در برابر خستگی, ضریب انبساط پایین تر, مقاومت سایشی و خزشی بالا, خواص بهتر در حرارت های بالا و … . استفاده از این کامپوزیت ها در مقایسه با فلزات باعث صرفه جویی در هزینه خواهد شد.

%عکس - کامپوزیت زمینه فلزی چیست؟

کامپوزیت های زمینه فلزی MMC از جمله کامپوزیت های جدید هستند که روز به روز خواص آنها بهبود یافته و آگاهی از آنها کاربرد این مواد را رواج بخشیده است. این کامپوزیت ها نقش بسیار مهمی در بهبود آلیاژها و فرآیند ساخت آنها ایفا می کنند. کامپوزیت های زمینه فلزی از یک جزء زمینه فلزی و یک جزء تقویت کننده تشکیل می شوند. اصولاً زمینه یک آلیاژ فلزی انتخاب می شود و فلز خالص به ندرت برای زمینه به کار می رود. در کل این کامپوزیت ها از یک زمینه آلیاژ فلزی نرم و افزودنی تقویت کننده که اغلب یک ماده سرامیکی است تشکیل می شود. این ماده سرامیکی به منظور تقویت و تامین سفتی مناسب به زمینه اضافه می شود. در ساخت کامپوزیت های زمینه فلزی از آلیاژها و فلزات گوناگون نظیر آلیاژهای مس, آلومینیوم, روی, تیتانیوم, سوپر آلیاژهای پایه نیکل و … استفاده می شود.

تفاوت کامپوزیت های زمینه فلزی با سایر کامپوزیت ها به شرح زیر می باشد:

  • این کامپوزیت ها در مقایسه با کامپوزیت های زمینه پلیمری ظرفیت گرمایی بالاتر و نسبت به کامپوزیت های زمینه سرامیکی ظرفیت گرمایی پایین تری دارند.
  • تقویت کننده ای که در کامپوزیت زمینه فلزی استفاده می شود استحکام و مقاومت زمینه را بالا می برد اما در کامپوزیت های زمینه سرامیکی این افزودنی تقویت کننده باعث کاهش خسارات ناشی از تاب برداشتن می شوند.
  • در کامپوزیت های زمینه فلزی, فاز زمینه یک فلز آلیاژی و یا یک فلز خالص است و پلیمر یا سرامیک به عنوان فاز زمینه مورد استفاده قرار نمی گیرند.
  • کامپوزیت های زمینه فلزی در مقایسه با کامپوزیت های زمینه سرامیکی دارای تافنس بیشتری بوده و داکتیل تر هستند.

مواد تقویت کننده

مواد تقویت کننده ای که به یک زمینه فلزی افزوده می شوند به عنوان یک فلز ثانویه در نظر گرفته می شوند. اصولاً این تقویت کننده ها شامل سرامیک ها ( کاربید, اکسید, نیترید و … ) می باشند. سرامیک ها موادی هستند که در محیط هایی با دمای معمولی و یا دمای بالا استحکام و سختی خود را حفظ می کنند. تقویت کننده ها به دو گروه تقویت کننده های الیافی و تقویت کننده های ذره ای (ویسکرها) دسته بندی می شوند و تقویت کننده های الیافی خود به دو گروه الیاف یکپارچه و الیاف کوتاه تقسیم می شوند.

تقویت کننده ها با جلوگیری از تغییر شکل زمینه, باعث استحکام و سختی کامپوزیت می شوند. در کامپوزیت هایی که با ذرات ویسکر تقویت شده اند زمینه, عنصر اصلی تحمل کننده بار اعمالی محسوب می شود اما در کامپوزیت هایی که با الیاف یکپارچه تقویت می شوند مواد تقویت کننده عنصر اصلی تحمل کننده بار در نظر گرفته می شوند. لازم به ذکر است که خواص ایزوتروپیک کامپوزیت هایی که با الیاف کوتاه تقویت می شوند بهتر بوده و خواص این الیاف در جهت های گوناگون یکنواخت تر می باشد.

روش های ساخت کامپوزیت های زمینه فلزی به سه دسته زیر تقسیم می شوند:

روش مایع (ریخته گری)

در این روش مواد تقویت کننده به فلز مذاب افزوده شده و داخل فلز توزیع می شوند. یکی از معایب این روش جدا شدن ذرات تقویت کننده از فلز مذاب است. جدا شدن فاز نانوذره یک ساختار ناهمگن ایجاد می کند و واکنشی که اغلب بین فاز مذاب و نانوذرات رخ می دهد خواص مکانیکی را کاهش می دهد.

روش متالوژی پودر

روش متالوژی پودر با مخلوط نمودن پودرهای فلزی یا آلیاژی همراه است. در این روش ذرات پودر در داخل قالب و تف جوش پرس شده و بهم متصل می شوند و به دلیل کاهش میزان حفره ها, چگالی بالا می رود. روش متالوژی پودر, اصولاً برای تولید کامپوزیتی به کار می رود که توسط الیاف ناپیوسته و ویسکرها تقویت می شود. این روش نسبت به سایر روش ها بهتر است اما مخلوط کردن آن زمان بر و هزینه بردار است.

آلیاژسازی مکانیکی

در عصر حاضر این روش مهمترین روش تهیه کامپوزیت های زمینه فلزی به شمار می آید. در آلیاژسازی مکانیکی, ذرات نانوپودری دو فاز باهم آسیاب می شوند. در صورتی که  ذرات نانوپودر دارای ترکیب شیمیایی یکسانی باشند و اندازه ذرات فقط با شکست کوچکتر شوند, فرآیند آسیاب مکانیکی رخ می دهد. برای تهیه پودرهای کامپوزیتی می توان ذرات فاز تقویت کننده را به طور مستقیم به ذرات زمینه اضافه نمود و آنها را هم زمان آسیاب کرد.