درباره کامپوزیت زمینه فلزی بیشتر بدانید

در این مطلب از خانه معماری به معرفی کامپوزیت زمینه فلزی و کاربردهای آن می پردازیم. با ما همراه باشید.

کامپوزیت چیست؟

زمانی که دو یا چند ماده با یکدیگر ترکیب می شوند به آن کامپوزیت گفته می شود. کامپوزیت ها متشکل از یک جزء زمینه و یک جزء تقویت کننده هستند و در سه دسته کامپوزیت های زمینه فلزی, کامپوزیت های زمینه پلیمری و کامپوزیت های زمینه سرامیکی تولید می شوند. این بخش را به معرفی کامپوزیت های زمینه فلزی اختصاص داده ایم تا به اطلاعات جامعی در این زمینه دست یابید. مزایای کامپوزیت های زمینه فلزی نسبت به فلزات یکپارچه بیشتر است و از جمله ویژگی های آن می توان به : مقاومت بالا در برابر خستگی, ضریب انبساط پایین تر, مقاومت سایشی و خزشی بالا و همچنین خواص بهتر در حرارت های بالا اشاره کرد. یکی از مزایای مهم این نوع کامپوزیت در مقایسه با فلزات، کاهش هزینه ها می باشد.

کامپوزیت MMC چیست؟

یکی از انواع کامپوزیت های زمینه فلزی که به تازگی وارد بازار شده اند، کامپوزیت MMC است که خواص آن ها بهبود یافته و همین موضوع باعث شده تا استفاده از آن ها بسیار رایج شود. با استفاده از این کامپوزیت ها می توان آلیاژها و فرآیند ساخت آن ها را به شکلی قابل توجه بهبود بخشید.

همان طور که گفته شد، کامپوزیت های زمینه فلزی متشکل از یک جزء زمینه فلزی و یک جزء تقویت کننده است که زمینه معمولاً از یک آلیاژ فلزی خاص می باشد. این کامپوزیت ها به طور کلی متشکل از یک زمینه آلیاژ فلزی نرم و افزودنی تقویت کننده هستند. تقویت کننده معمولاً یک ماده سرامیکی می باشد که سفتی مناسب زمینه را تقویت و تامین می کند. از جمله آلیاژها و فلزاتی که در ساخت کامپوزیت های زمینه فلزی استفاده می شود می توان به: آلیاژهای مس, آلومینیوم, روی, تیتانیوم و سوپر آلیاژهای پایه نیکل اشاره کرد.

کامپوزیت زمینه فلزی چه تفاوتی با سایر کامپوزیت ها دارد؟

ظرفیت گرمایی کامپوزیت های زمینه فلزی نسبت به کامپوزیت های زمینه پلیمری بالاتر و در مقایسه با کامپوزیت های زمینه سرامیکی، پایین تر است. تقویت کننده مورد استفاده در این نوع از کامپوزیت ها منجر به افزایش استحکام و مقاومت زمینه می شود، در حالی که با افزودن تقویت کننده به کامپوزیت های زمینه سرامیکی، خسارات ناشی از تاب برداشتن کاهش می یابد. فاز زمینه در کامپوزیت های زمینه فلزی یک فلز آلیاژی یا یک فلز خالص است، در صورتی که از پلیمر یا سرامیک به عنوان فاز زمینه استفاده نمی شود. تافنس کامپوزیت های زمینه فلزی نسبت به کامپوزیت های زمینه سرامیکی بیشتر و همچنین داکتیل تر هستند.

مواد افزودنی تقویت کننده چیست؟

مواد تقویت کننده، موادی هستند که به یک زمینه فلزی افزوده شده و معمولاً به عنوان یک فلز ثانویه در نظر گرفته می شوند و شامل سرامیک ها می باشند. سرامیک ها قادر به حفظ استحکام و سختی خود در محیط هایی با دمای معمولی و یا دمای بالا هستند. مواد تقویت کننده که به این کامپوزیت ها افزوده می شوند در دو نوع تقویت کننده های الیافی و ذره ای یا ویسکرها وجود دارند. تقویت کننده های الیافی به دو دسته الیاف یکپارچه و الیاف کوتاه تقسیم می شوند. تقویت کننده ها مانع از تغییر شکل زمینه شده و استحکام و سختی کامپوزیت را افزایش می دهند.

زمینه در کامپوزیت هایی که با ذرات ویسکر تقویت شده اند به عنوان عنصر اصلی تحمل کننده بار اعمالی و مواد تقویت کننده در کامپوزیت هایی که با الیاف یکپارچه تقویت می شوند به عنوان عنصر اصلی تحمل کننده بار محسوب می شوند. ایزوتروپیک کامپوزیت هایی که با الیاف کوتاه تقویت می شوند از خواص بهتری برخوردار بوده و در جهت های گوناگون یکنواخت تر است.

روش های ساخت کامپوزیت زمینه فلزی

این کامپوزیت ها به سه روش ساخته می شوند که در ادامه به معرفی آن ها می پردازیم:

آلیاژسازی مکانیکی

آلیاژسازی مکانیکی امروزه مهمترین و اصلی ترین روش تهیه کامپوزیت زمینه فلزی محسوب می شود. در این روش ذرات نانوپودری دو فاز با یکدیگر آسیاب و مخلوط می شوند. در صورت یکسان بودن ترکیب شیمیایی ذرات نانوپودر، کوچکتر شدن اندازه ذرات فقط با شکست امکان پذیر است که در این صورت فرآیند آسیاب مکانیکی رخ می دهد. یک روش برای تهیه پودرهای کامپوزیتی این است که ذرات فاز تقویت کننده را مستقیما به ذرات زمینه اضافه و آنها را با یکدیگر آسیاب کنید.

روش مایع

روش مایع که با عنوان ریخته گری نیز معرفی و شناخته می شود، یکی از روش های ساخت این کامپوزیت ها می باشد. در روش مایع، مواد تقویت کننده به فلز مذاب اضافه شده و سپس داخل فلز پخش می شوند. در این روش ذرات تقویت کننده از فلز مذاب جدا می شوند که یکی از معایب آن به شمار می رود. چرا که با جدا شدن فاز نانوذره، یک ساختار ناهمگن ایجاد می شود و با واکنشی که بین فاز مذاب و نانوذرات رخ می دهد، خواص مکانیکی کاهش می یابد.

روش متالوژی پودر

در این روش، پودرهای فلزی یا آلیاژی مخلوط می شوند. به عبارتی ذرات پودر در داخل قالب و تف جوش پرس شده و به یکدیگر وصل می شوند. در این زمان میزان حفره ها کاهش یافته و همین منجر به افزایش چگالی می شود. از روش متالوژی پودر معمولاً به منظور تولید کامپوزیتی استفاده می شود که تقویت کننده های آن را الیاف ناپیوسته و ویسکرها تشکیل می دهند. علی رغم زمان بر و هزینه بردار بودن این روش در مقایسه با سایر روش ها، بسیاری از افراد آن را برای ساخت کامپوزیت های زمینه فلزی برمی گزینند.