میکروساختار و خواص مکانیکی کامپوزیت های زمینه تیتانیومی تقویت شده با گرافن

The microstructures and mechanical properties of graphene-reinforced titanium matrix composites

مقدمه

این مطالعه از تفجوشی پلاسمای جرقه ای (SPS) برای تولید کامپوزیت های زمینه تیتانیومی تقویت شده با نانوگوی های گرافن (GNP) استفاده کرده است. برای ارتقای استحکام پیوند فصل مشترکی بین گرافن و دانه های بلور تیتانیوم، توزیع یکنواخت گرافن و ریزسازی دانه ها، از عملیات حرارتی در طول نورد و آنیل-کاری (R&A) استفاده شد. مطالعات نشان داده اند که با افزایش دمای فراوری از ۶۰۰ ˚C تا ۱۰۰۰ ˚C، چگالی نسبی (RD) کامپوزیت ها از ۸۴ درصد تا ۹۸ درصد افزایش یافت.

استحکام کششی در دمای اتاق پس از R&A برای کامپوزیت  زمینه تیتانیومی تقویت شده با ۳درصد وزنی GNP توانست به ۱۲۰۶ MPa برسد. این نتیجه بیانگر افزایش ۴۶ درصدی در مقایسه با تیتانیوم خالص (PTi) تحت شرایط یکسان است. کاهش سطح کامپوزیت  زمینه تیتانیومی تقویت شده با ۳درصد وزنی GNP می تواند به ۴۸ درصد برسد. مکانیسم های استحکام بخشی شامل استحکام بخشی ناشی از کامپوزیت سازی، دانه ای و فاز ثانویه می شود که در این میان، استحکام بخشی ناشی از کامپوزیت سازی، عامل کنترل کننده است. همچنین، استحکام کامپوزیت ها در ۱۰۰ ˚C نیز افزایش می یابد اما در سطحی پایین تر باقی می ماند. تشکیل لایه هایی از ذره نانوکاربیدی موجب کاهش محسوس می شود.

جهت دانلود ترجمه تخصصی و فارسی این مقاله می توانید وجه آنرا پرداخت نموده و بلافاصله دریافت نمایید.

ABSTRACT

This study uses spark plasma sintering (SPS) to prepare graphene nanoplatelet (GNP)-reinforced titanium matrix composite materials. Heat treatment is used during rolling and annealing (R&A) to enhance the interfacial bonding strength between the graphene and titanium crystal grains, uniformly disperse the graphene and refine the grains. Studies have shown that the relative density (RD) of composites increased from 84% to 98% as the processing temperature increased from 600
C to 1100
C.

Under the optimized plasma sintering process parameters, the best solid-phase reaction temperature is 850
C, and the tensile strength at room temperature after R&A can reach 1206MPa for 0.3 wt% GNP titanium matrix composites; this result represents an increase of 46% compared with pure titanium (PTi) under the same conditions. The reduction of area (j) of the 0.3 wt% GNP titanium matrix composite can reach 48%. The strengthening mechanisms include composite, grain and second-phase strengthening, wherein composite strengthening is the controlling factor. Additionally, the strength of composites at 1100
C also increases, but j remains a lower level. The formation of nanocarbide particle layers causes a significant reduction in j.