Βελτιστοποίηση και παραγωγή συνθέτων υλικών αλούμινας / μήτρας κράματος αλουμινίου 7075-Ο, με χρήση της διαδικασίας δια τριβής με ανάδευση (FSP)

Abstract

Σκοπός της παρούσας μεταπτυχιακής εργασίας είναι η παραγωγή και η βελτιστοποίηση επιφανειακά σύνθετου υλικού μήτρας κράματος αλουμινίου ΑΑ7075-Ο με προσθήκη νανοσωματιδίων αλούμινας (Al2O3), μέσω της κατεργασίας δια τριβής με ανάδευση (Friction Stir Processing). Η εισαγωγή των νανοσωματιδίων ενίσχυσης πραγματοποιήθηκε με τη διάνοιξη αυλακίων στο μητρικό κράμα, στα οποία τα νανοσωματίδια τοποθετήθηκαν εκ των υστέρων. Αρχικά, πραγματοποιήθηκε παραμετροποίηση σε κράμα αλουμινίου 5083-Η111, μελετώντας τη βέλτιστη γεωμετρία των αυλακίων από την οποία προέκυψε η αρτιότερη κατανομή των σωματιδίων στο μητρικό υλικό. Στην συνέχεια, με δεδομένη την γεωμετρία των αυλακίων, μελετήθηκε η εύρεση των βέλτιστων παραμέτρων για το κράμα αλουμινίου ΑΑ7075-Ο. Η επίδραση των παραμέτρων στην κατανομή των σωματιδίων ενίσχυσης και στη ροή του υλικού εξετάστηκε μακροσκοπικά με τη χρήση οπτικού στερεοσκοπίου. Η επίδραση της προσθήκης νανοσκόνης αλούμινας (Al2O3) στο κράμα αλουμινίου ΑΑ7075-Ο μελετήθηκε περαιτέρω, στη βέλτιστη κατανομή που προέκυψε με τη βοήθεια οπτικής μικροσκοπίας και μικροσκληρομετρήσεων. Η εισαγωγή σωματιδίων ενίσχυσης οδήγησε σε μείωση του μεγέθους των κόκκων και αύξηση της μικροσκληρότητας. Προκειμένου να αυξηθεί περαιτέρω η σκληρότητα του σύνθετου επιφανειακού στρώματος εφαρμόστηκε η θερμική κατεργασία Τ6, με σκοπό την ισχυροποίηση μέσω κατακρήμνισης. Μολονότι η θερμική μετακατεργασία αύξησε τη σκληρότητα του μετάλλου βάσης, η σκληρότητα στη ζώνη ανάδευσης παρουσίασε μικρή μείωση.

The thesis presented aims at producing and optimization of AA7075 matrix surface composite with the addition of alumina (Al2O3) nanoparticles, using Friction Stir Processing (FSP). The introduction of reinforcement nanoparticles was performed by opening grooves on the matrix alloy, in which nanoparticles were placed. The optimum geometry of the grooves which resulted in the most complete distribution of particles inside stir zone was studied first for aluminum alloy 5083-H111. Subsequently, the optimum combination of process parameters on aluminum 7075-O was studied, as the optimum geometry of the grooves was taken for granted. The impact of parameters on the reinforcement particle distribution and on the material flow was examined macroscopically by using an optical stereoscope. The optimum distribution obtained was further investigated regarding the impact of introducing alumina (Al2O3) nano-powder to the aluminum alloy 7075-O using optical microscopy and microhardness measurements. The introduction of reinforcement particles resulted in a reduction of grain size and in an increase of microhardness. In order to further increase the surface hardness of the composite layer a T6 heat treatment was implemented for the purpose of precipitation strengthening. Although the thermal post-treatment increased the hardness of the base metal, the hardness in the stir zone was slightly decreased.