همکاری پلی تکنیک تهران و محققان اسپانیایی: تولید صنعتی محصولات پی وی سی با فناوری نانو آلیاژ آلومینیوم

بسپار می نویسد، پژوهشگران دانشگاه امیرکبیر با همکاری محققان اسپانیایی، فرایند جدیدی را برای رسیدن به مواد نانوساختار/فوق‌ریزدانه و با استحکام بالا ارائه داده‌اند.
به گزارش مهر، سجاد امیرخانلو یکی از محققان این طرح گفت: این روش به گونه‬ ای طراحی شده که قابلیت تولید نانوکامپوزیت و فلز نانوساختار را به طور هم زمان دارد که نتایج این طرح مورد توجه صنایع هوافضا، خودروسازی و کلیه‌ی صنایع مرتبط با آلومینیم و فلزات سبک قرار می گیرد.
وی با بیان اینکه به کمک این فرایند، تولید آلیاژهایی با استحکام چندین برابر نمونه‌های متداول، کاهش هزینه‌های تولیدی و مصرف انرژی و همچنین افزایش راندمان محصول نهایی امکان پذیر شده است، افزود:نتایج این پژوهش نشان داده که آلومینیم و کامپوزیت‌های آن، توسط فرایند APB، بدون ترک و لایه‌ای شدن تولید شده است و نمونه‌های نهایی، محصولی یکپارچه و با کیفیت مناسب است.
به گفته‌ی امیرخانلو، ترکیب هم زمان ساختار فوق ریزدانه با اندازه‌ی متوسط ۲۸۰ نانومتر و ذرات تقویت کننده‌ی کاربید سیلیسیم با اندازه‌ی متوسط ۵۵ نانومتر، منجر به تولید نانوکامپوزیت زمینه آلومینیمی با استحکام ۲۸۴ مگاپاسکال شده است. این مقدار بالاترین مقدار استحکام گزارش شده در آلیاژ آلومینیم خالص تجاری در سرتاسر جهان است.
وی با بیان اینکه فرایند پرس تجمعی-پیوندی شامل مراحل آماده‌سازی سطحی دو نمونه، روی هم قرار دادن آن‌ها، پرس دو نمونه با کاهش ضخامت ۵۰ درصد در یک قالب ساده و برش پس از پرس است، افزود: به دلیل عدم تغییر ضخامت نمونه‌های اولیه، تکرار مراحل تا رسیدن به کرنش‌های بسیار بالا و دست‌یابی به ساختار نانو امکان‌پذیر است. همچنین جهت تولید کامپوزیت در این روش، ذرات تقویت‌کننده به صورت تقریباً یکنواخت روی یکی از نمونه‌ها افشانه می‌شود.
امیرخانلو گفت: با انجام فرایند پرس تجمعی پیوندی، ذرات تقویت کننده در کل زمینه‌ی آلومینیم با استفاده از سیلان فلز به شکل یکنواخت توزیع می‌شود
وی اظهار داشت: تغییرات ریزساختاری نمونه‌های تولید شده توسط میکروسکوپ‌های الکترونی روبشی (SEM)، عبوری (TEM) و عبوری-روبشی (STEM)، پراش الکترون برگشتی (EBSD)، طیف‌سنجی پراکندگی انرژی (EDS) و پراش پرتو ایکس (XRD) ارزیابی و همچنین به منظور بررسی خواص مکانیکی نمونه‌های ساخته شده، از آزمون‌های کشش و سختی‌ استفاده شده است.
براساس اعلام ستاد نانو؛ فناوری نوین به سمت تولید آلیاژهای مستحکم‌تر و سبک‌تر پیش می‌رود تا از این طریق در مصرف انرژی صرفه جویی شود. اغلب فرایندهای تغییر شکل پلاستیکی شدید (SPD)، جهت تولید فلزات با استحکام بالا، دارای سه محدودیت اصلی است. در این فرایندها، دستگاه‌های شکل‌دهی با ظرفیت بار بالا و قالب‌های گران‌قیمت ضروری است. پایین بودن میزان تولید و محدود بودن ابعاد محصول نهایی یکی دیگر از مشکلات آن‌هاست. همچنین عدم امکان تولید کامپوزیت در روش‌های تغییر شکل پلاستیک موجود، از دیگر محدودیت‌های موجود در این فرایندها به شمار می‌رود.
با توجه به این محدودیت‌ها و همچنین نیاز به ابداع فرایندهای جدید، محققان فرایند تغییرشکل پلاستیک شدید جدیدی به نام پرس تجمعی پیوندی (APB) را پیشنهاد کرده اند. در این پژوهش از آلومینیم خالص تجاری ۱۰۵۰ به عنوان آلیاژ زمینه و نانوذرات کاربید سیلیسیم به عنوان تقویت‌کننده استفاده شده است.

نتایج این کار در مجله‌ی Scripta Materialia (جلد ۱۰۰، شماره ۱، سال ۲۰۱۵، صفحات ۴۰ تا ۴۳) انتشار یافته و حاصل همکاری سجاد امیرخانلو، دکترای مهندسی متالورژی و مواد از دانشگاه صنعتی امیرکبیر، دکتر مصطفی کتابچی، دکتر نادر پروین، اعضای هیأت علمی دانشگاه صنعتی امیرکبیر، و همکاران اسپانیایی آن‌ها از مؤسسه CENIM-CSIC اسپانیا است.