Επίδραση νανοδομών γραφενίου στις μηχανικές ιδιότητες και τη μικροδομή αλουμινίου καθαρότητας 96,66%

Κρομμύδας, Άγγελος; Krommydas, Angelos

dc.contributor.author	Κρομμύδας, Άγγελος	el
dc.contributor.author	Krommydas, Angelos	en
dc.date.accessioned	2016-06-23T11:09:37Z
dc.date.issued	2016-06-23
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/42818
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.12246
dc.rights	Default License
dc.subject	Αλουμίνιο	el
dc.subject	Γραφένιο	el
dc.subject	Χύτευση	el
dc.subject	Σύνθετα υλικά	el
dc.subject	Μεταλλογραφία	el
dc.subject	Aluminum	en
dc.subject	Graphene	en
dc.subject	Casting	en
dc.subject	Composite materials	en
dc.subject	Metallography	en
dc.title	Επίδραση νανοδομών γραφενίου στις μηχανικές ιδιότητες και τη μικροδομή αλουμινίου καθαρότητας 96,66%	el
dc.title	Effect of graphene nanoplatelets on the mechanical properties and microstructure of aluminum (96,66% Al)	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Επιστήμη υλικών	el
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/840868f9d668cd136ec6f074902084034906c943
heal.dateAvailable	2017-06-22T21:00:00Z
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2016-03-21
heal.abstract	Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματοποιήθηκε με σκοπό την μελέτη της επίδρασης νανοδομών γραφενίου (Graphene nanoplatelets - GNPs) στη μικροδομή και τις μηχανικές ιδιότητες αλουμινίου καθαρότητας 96.66%. Η ενσωμάτωση των νανοδομών γραφενίου στο αλουμίνιο πραγματοποιήθηκε με τη μέθοδο της ελεύθερης χύτευσης με ανάδευση σε θερμοκρασία καλουπιού 100οC. Η προσθήκη των GNPs έγινε σε περιεκτικότητες 0.10% w.t. και 0.20% w.t. Στα προκύπτοντα υλικά πραγματοποιήθηκε μεταλλογραφικός έλεγχος, σκληρομέτρηση και μηχανικές δοκιμές (εφελκυσμός και κάμψη τριών σημείων). Όσον αφορά τον μεταλλογραφικό έλεγχο, τα δοκίμια εγκιβωτίστηκαν σε ρητίνη, λειάνθηκαν, στιλβώθηκαν και προσβλήθηκαν χημικά σε αντιδραστήριο Keller’s. Τέλος, οι επιφάνειες των δοκιμίων παρατηρήθηκαν σε οπτικό μικροσκόπιο και σε ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης (SEM). Υπολογίστηκε ότι η προσθήκη των GNPs δεν επηρεάζει ιδιαίτερα το εμβαδό των διαδενδριτικών περιοχών, όμως στην προσθήκη 0.10% w.t.GNPs μειώνεται το μέσο μήκος τους κατά 8%, ενώ στην προσθήκη 0.20% w.t.GNPs αυξάνεται το μέσο μήκος τους κατά 19%. Επίσης, η προσθήκη 0.10% w.t.GNPs παρουσιάζει εγκλείσματα GNPs τα οποία δεν φαίνεται να λειτουργούν σαν πυρήνες ανάπτυξης δενδριτών (όπως αναμενόταν λόγω του πολύ μικρού τους μεγέθους), ενώ παρουσιάζει ίδια κατακρήμνιση φάσης στις διαδενδριτικές περιοχές (ΜnFeAl32) με το αλουμίνιο καθαρότητας 96.66%. Επίσης, δημιουργούνται και κάποιες αραιές καθιζήσεις (MgAl53). Στην περίπτωση της προσθήκης 0.20% w.t. GNPs, παρατηρείται διαφοροποίηση των διαδενδριτικών περιοχών, οι οποίες πλέον αποτελούνται από διαφορετική φάση (MgAl53). Και στην περίπτωση αυτή, σχηματίζονται εγκλείσματα GNPs χωρίς πάλι να λειτουργούν σαν πυρήνες ανάπτυξης δενδριτών, καθιζήσεις (MgSiAl30), δενδριτική δομή αλουμινίου α-φάσης, ενώ δημιουργούνται και κρύσταλλοι (Al12C4O), συσσωρευμένοι σε άκρα διαδενδριτικών περιοχών. Επίσης, οι βελονοειδείς δομές των διαδενδριτικών περιοχών έχουν μειωθεί σημαντικά ως προς το μήκος τους. Πραγματοποιήθηκαν τρείς σκληρομετρήσεις σε δοκίμια κάθε περιεκτικότητας σε GNPs, από τις οποίες παρατηρήθηκε ότι η σκληρότητα των υλικών είναι ανάλογη της κατά βάρος προσθήκης γραφενικών νανοδομών. Όσον αφορά τις μηχανικές δοκιμές, για περιεκτικότητα 0.10% w.t. GNPs, στον εφελκυσμό παρατηρήθηκε αύξηση του φορτίου θραύσης (UTS) κατά 12.4%, αύξηση της ενέργειας θραύσης (Energy at break) κατά 6% και μείωση της επιμήκυνσης θραύσης (extension at break) κατά 14% . Στην κάμψη το υλικό παρουσίασε παρόμοια συμπεριφορά με το αλουμίνιο καθαρότητας 96.66%. Η προσθήκη 0.20% w.t. GNPs, εκτός από μία μικρή αύξηση του φορτίου θραύσης (UTS), της τάξης του 4.4%, που προσέδωσε στο υλικό, φαίνεται να μειώνει γενικότερα τις επιδόσεις του. Από το σύνολο των ελέγχων και των πειραματικών διαδικασιών που πραγματοποιήθηκαν στα πλαίσια της παρούσας διπλωματικής εργασίας, προκύπτει το συμπέρασμα οτι η προσθήκη γραφενικών νανοδομών (GNPs) σε περιεκτικότητα 0.10% w.t. βελτιώνει τις επιδόσεις του αλουμινίου, ενώ περαιτέρω αύξηση του ποσοστού αυτού φαίνεται να τις εξασθενεί.	el
heal.abstract	The aim of this study was to investigate the effect of graphene nanoplatelets (GNPs) addition on the mechanical properties and microstructure of aluminum (96.66% pure). The incorporation of the graphene nanoplatelets in aluminum was performed by stir casting process on hot steel mold (mold temperature 100oC). The investigated additions of GNPs were 0.10% w.t. and 0.20% w.t. The resulting materials were metallographically investigated, as well as they underwent Vickers hardness tests, tensile tests and three point bending tests. The specimens were encased in resin and underwent grinding, polishing, and etching processes. Finally, the surfaces of the specimens observed using optical microscope and scanning electron microscope (SEM). It was estimated that the addition of GNPs does not affect the area of the interdendritic regions but the addition 0.10% w.t. GNPs reduces their average length by 8%, while the addition of 0.20% w.t.GNPs increases it by 19%. Also, the addition of 0.10% w.t. GNPs results in GNPs inclusions which do not seem to play the role of dendrite growth cores (as expected due to their small dimensions). The same phase precipitates (MnFeAl32) in the interdendritic regions with aluminum 96.66%, exist in this case, as well. Limited MgAl53 percipitates can also be observed. Regarding the 0.20% w.t. GNPs addition a diferrent interdendritic phase (MgAl53) can be observed. In this case, there are also GNPs inclusions, which do not seem to play the role of dendrite growth cores, limited MgSiAl30 percipitates, a-phase aluminum dendrites and Al12C4O crystalls accumulated near the limits of the interdendritic regions. Also, the acicular forms of the interdendritic regions’ percipitates has significantly reduced in length. Three hardness measurements on each specimen were performed. It was observed that the hardness of the material is proportional to the GNPs w.t. addition.Regarding the 0.10% w.t. GNPs addition, increased ultimate tensile strength (UTS) by 12.4%, increased energy at break by 6% and reduced extension at break by 14% were observed on tensile test results. In three point bending tests, this material had similar behavior to the pure aluminum. The 0.20% w.t. GNPs addition, besides a slight increase in UTS by 4.4%, seems to reduce the general performance of the material. As a general remark, it can be noted that a 0.10% w.t. GNPs addition improves the performance of pure aluminum, while further increase of this percentage weakens it	en
heal.advisorName	Μανωλάκος, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Βοσνιάκος, Γεώργιος-Χριστόφορος	el
heal.committeeMemberName	Μανωλάκος, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Παντελής, Δημήτριος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	122 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true