ساخت آلیاژهای مس-آلومینیوم بسیار مقاوم به سایش از طریق متالورژی پودر
Development of highly wear resistant Cu – Al alloys processed via powder metallurgy
مس و آلیاژهای آن به صورت گسترده در بسیاری از کاربردهای صنعتی مانند انرژی، حمل و نقل، و دریایی به کار می‌روند. مشخصاً، آلیاژهای مس-آلومینیوم یا برنزهای آلومینیوم به عنوان الکترودهای جوشکاری نقطه‌ای، ماشینکاری فلزات، و مبدل‌های حرارتی در نیروگاه‌های برق حرارتی، مورد استفاده قرار می‌گیرند. در این کاربردها، استحکام بالا، رسانایی الکتریکی و حرارتی خوب، پایداری حرارتی بالا، و مقاومت به سایش و خوردگی ضروری هستند. به صورت سنتی، بیشتر آلیاژهای مس-آلومینیوم از طریق فرایند ریخته گری ساخته می‌شوند. با این حال، این فرایند نمی‌تواند خواص مکانیکی یا سایشی را به صورت چشمگیری ارتقا دهد که به دلیل محدودیت‌های موجود در رشد دانه و متعاقباً محدودیت در مهندسیِ خواص، می‌باشد. گزارش شده است که مقاومت به سایش در این آلیاژها را می‌توان از طریق ایجاد ساختار ریزدانه، بهبود بخشید. به این منظور، تکنیک‌های متفاوتی مانند متالورژی پودر، تغییر شکل پلاستیک شدید برای ایجادخواص مطلوب در آلیاژهای مس-آلومینیوم، مورد بررسی قرار گرفته‌اند.
در این راستا، در یکی از جدیدترین مقالات در زمینه بهبود مقاومت به سایش در آلیاژهای پایه مس، محققین هندی به ساخت آلیاژهای مس-آلومینیوم از طریق متالورژی پودر پرداخته‌اند که نتایج آن در مجله معتبر و تخصصی Tribology International منتشر شده است. در این پژوهش اثر درصدهای مختلف آلومینیوم بر روی رفتار سایشی مس بررسی شده است. آلیاژهای مس-آلومینیوم از طریق آلیاژسازی مکانیکی و پرس گرم با فشار بالا ساخته شدند. در واقع، فرایندهای با فشار بالا می‌توانند موجب دستیابی به خواص و میکروساختار مطلوب گردند. وابسته به مقدار آلومینیوم، میکروساختار نمونه‌هایی که از طریق فشارش گرم ساخته شده‌اند (تا 5 درصد وزنی آلومینیوم) دارای فاز محلول جامد غنی از مس بودند (Cu0.92Al0.08) و حضور فازهای بین فلزی Cu078Al0.22 و Cu9Al4 نیز در نمونه‌هایی که بیش از 10 درصد آلومینیوم داشتند، مشاهده شد. چگالی نسبی آلیاژهای مس-آلومینیوم بین 95 تا 98% بود و با افزودن آلومینیوم، سختی مس از 1.32 به 6.16 گیگاپاسکال رسید. ضریب اصطکاک مس از 0.54 به 0.16 و نرخ سایش نیز به شدت کاهش یافتند. علاوه بر آن، با افزودن آلومینویم مکانیزم سایش مس نیز تغییر کرد. در مورد مس خالص، چسبیدن مکانیزم اصلی سایش بود ولی در نمونه‌های آلیاژ شده با آلومینیوم، چسبیدن و tribo-oxidation، مکانیزم‌های غالب بودند. تشکیل لایه اکسید نیز بر سایش نمونه دارای 10 درصد آلومینیوم اثر گذاشت و در نمونه دارای 15 درصد آلومینیوم، مکانیزم غالب، abrasion بود. این نتایج نشان می‌دهند که از طریق افزودن آلومینیوم می‌توان به خواص مقاومت به سایش بسیار بهتری در مس دست یافت.
گروه علمی و پژوهشی مهندسی و علم مواد (MatRes-مترس)
