فناوری در مهندسی هوافضا

فناوری در مهندسی هوافضا

ساخت و بررسی خواص مکانیکی فوم کامپوزیتی زمینه آلومینیومی تقویت‌شده با ذرات کاربید سیلیسیم

نوع مقاله : علمی پژوهشی

نویسندگان
1 دانشیار، مجتمع دانشگاهی مواد و فناوری‌های ساخت، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران
2 دانشجوی دکتری، مجتمع دانشگاهی مواد و فناوری های ساخت ، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران
3 کارشناسی ارشد، مجتمع دانشگاهی مواد و فناوری های ساخت، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران.
4 دانشجوی دکتری، مهندسی مواد مرکب، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران
چکیده
در پژوهش حاضر به ساخت و بررسی خواص مکانیکی فوم کامپوزیتی زمینه آلومینیومی تقویت‌شده با ذرات کاربید سیلیسیم پرداخته شده است. فوم‌های فلزی به واسطه ساختار سلولی خود دارای ویژگی‌هایی از قبیل چگالی پایین، استحکام به وزن و جذب انرژی بالا در تنش‌های فشاری می‌باشند. در میان فلزات مختلف که به منظور فوم‌سازی مورد استفاده قرار می‌گیرند، آلومینیوم و آلیاژهای آن به دلیل داشتن چگالی نسبتاً پایین، در دسترس بودن و سهولت تشکیل فوم، بیشترین کاربرد را دارند. در این تحقیق فوم‌های آلومینیومی A356 و کامپوزیتی با مقادیر مختلف از ذرات کاربید سیلیسیم (SiC) به ‌عنوان عامل تقویت‌کننده و پایدارساز و پودر کربنات کلسیم (CaCO3) به‌عنوان عامل فوم‌ساز با استفاده از روش فوم‌سازی مستقیم از مذاب تولید شد. چگالی نمونه فومی بین 493/0 تا 863/0 گرم بر سانتی‌متر مکعب اندازه‌گیری شد. پس از آن ریزساختار فوم‌ها توسط میکروسکوپ‌های OM و SEM و خواص فشاری و خمشی فوم‌ها به دو صورت معمولی و ساندویچ پنل مورد بررسی قرار گرفت. ارتباط بین تنش مسطح و چگالی با درصد وزنی CaCO3 و ذرات SiC بررسی شد که نشان می‌دهد رفتار فشاری محصولات فومی، یکنواخت نیست. از سوی دیگر نشان داده شد که در 10% وزنی از عامل تقویت‌کننده SiC، تنش مسـطح (پایا) با کاهـش مقدار پودر CaCO3، از 89/6 الی 62/11 مگاپاسکال افزایش می‌یابد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Fabrication and Investigation of Mechanical Properties Aluminum Composite Foam Reinforced with Silicon Carbide Prticles

نویسندگان English

Ali Alizadeh 1
Mohsen Heydari Beni 2
Mohammadreza Zahmatkesh 3
Mehdi Abdollahi azghan 4
1 Associate Professor, Faculty of Materials and Manufacturing Technologies, Malek Ashtar University of Technology, Tehran, Iran
2 Ph. D. Student, Faculty of Materials and Manufacturing Technologies, Malek Ashtar University of Technology, Tehran, Iran
3 M. Sc., Faculty of Composite Materials Engineering, Malek Ashtar University of Technology, Tehran, Iran
4 Ph.D. Student, Faculty of Materials and Manufacturing Technologies, Malek Ashtar University of Technology, Tehran, Iran
چکیده English

Due to their cellular structure, metal foams have properties such as low density, strength to weight, and high energy absorption under compressive stresses. Among the various metals used for foaming, aluminum, and its alloys are the most widely used due to their relatively low density, availability, and ease of foam formation. In this research, A356 aluminum and composite foams with different amounts of silicon carbide (SiC) particles as a reinforcing and stabilizing agent and calcium carbonate powder (CaCO3) as a foaming agent were produced using the direct foaming method from the melt. The density of the foam sample was measured between 0.493 and 0.863 g/cubic centimeter. Then, the microstructure of the foams was examined by OM and SEM microscopes, as well as the compressive and flexural properties of the foams in both conventional and sandwich panels. The relationship between flat stress and density with the weight percentage of CaCO3 and SiC particles was investigated, which shows that the compressive behavior of foam products is not uniform. On the other hand, it was shown that at 10% by weight of the SiC boosting agent, plateau stress increases with decreasing CaCO3 powder content from 6.89 to 11.62 MPa.

کلیدواژه‌ها English

Composite Foam
A356 Alloy
Three-Point Bending Test
Compression Test
[1]    B. Buonomo, H. Celik, D. Ercole, O. Manca, and M. Mobedi, "Numerical study on latent thermal energy storage systems with aluminum foam in local thermal equilibrium," Applied Thermal Engineering, vol. 159, 2019, Art. no. 113980, https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2019.113980.
[2]    H. P. Degischer and B. Kriszt, Handbook of cellular metals Production, Processing, Applications, Weinheim, Germany: Wiley-VCH, 2002.
[3]    Z. C. Huang, Y. K. Zhang, Y. C. Lin, and Y. Q. Jiang, "Physical property and failure mechanism of self-piercing riveting joints between foam metal sandwich composite aluminum plate and aluminum alloy," Journal of Materials Research and Technology, vol. 17, pp. 139-149, 2022, https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2021.12.132.
[4]    A. Alizadeh and M. Abdollahi Azghan, "Investigation on the microstructure and tensile properties of Al5083-TiB2 nanocomposites produced by stir casting method," Journal of Advanced Materials and Technologies, vol. 10, no. 2, pp. 45-57, 2021, (in Persion), https://doi.org/10.30501/jamt.2021.251930.1131.
[5]    O. Fomin, M. Gorbunov, A. Lovska, J. Gerlici, and K. Kravchenko, "Dynamics and strength of circular tube open wagons with aluminum foam filled center sills," Materials, vol. 14, no. 8, 2021,Art. no. 1915, https://doi.org/10.3390/ma14081915.
[6]    D. C. Curran, "Aluminium foam production using calcium carbonate as a foaming agent," M.S.thesis, University of Cambridge, Massachusetts, U.S.A., 2004, https://doi.org/10.17863/CAM.14286.
[7]    H. Fusheng, W. Jianning, C. Hefa, and G. Junchang, "Effects of process parameters and alloy compositions on the pore structure of foamed aluminum," Journal of Materials Processing Technology, vol. 138, no. 1-3, pp. 505-507, 2003, https://doi.org/10.1016/S0924-0136(03)00135-3.
[8]    D. Papadopoulos, H. Omar, F. Stergioudi, S. A. Tsipas, and N. Michailidis, "The use of dolomite as foaming agent and its effect on the microstructure of aluminium metal foams—Comparison to titanium hydride," Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, vol. 382, no. 1-3, pp. 118-123, 2011, https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2010.12.005.
[9]    Y. G. Li, Y. H. Wei, L. F. Hou, C. l. Guo, and S. Q. Yang, "Fabrication and compressive behaviour of an aluminium foam composite," Journal of Alloys and Compounds, vol. 649, pp. 76-81, 2015, https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2015.07.049.
[10] C. L. Magee and P. H. Thornton, "Design considerations in energy absorption by structural collapse," SAE Transactions, vol. 87, no.  2, pp. 2041-2055, 1978.
[11] Z. Wang, Z. Li, J. Ning, and L. Zhao, "Effect of heat treatments on the crushing behaviour and energy absorbing performance of aluminium alloy foams," Materials and Design, vol. 30, no. 4, pp. 977-982, 2009, https://doi.org/10.1016/j.matdes.2008.06.058.
[12] J. Liu, S. Yu, X. Zhu, M. Wei, Y. Luo, and Y. Liu, "The compressive properties of closed-cell Zn-22Al foams," Materials Letters, vol. 62, no. 4-5, pp. 683-685, 2008, https://doi.org/10.1016/j.matlet.2007.06.032.
[13] H. Yu, Z. Guo, B. Li, G. Yao, H. Luo, and Y. Liu, "Research into the effect of cell diameter of aluminum foam on its compressive and energy absorption properties," Materials Science and Engineering: A, vol. 454-455, pp. 542-546, 2007, https://doi.org/10.1016/j.msea.2006.11.091.
[14] V. Gergely, D.C. Curran, and  T.W. Clyne, "The FOAMCARP process: Foaming of aluminium MMCs by the chalk-aluminium reaction in precursors," Composites Science and Technology, vol. 63, no. 16, pp. 2301-2310, 2003, https://doi.org/10.1016/S0266-3538(03)00263-X

  • تاریخ دریافت 27 آبان 1402
  • تاریخ بازنگری 14 آذر 1402
  • تاریخ پذیرش 19 آذر 1402
  • تاریخ اولین انتشار 19 آذر 1402