بررسی اثر درصد افزودنی الماس بر خواص مکانیکی و سایشی کامپوزیت برنز- الماس

نوع مقاله : مقاله علمی

نویسندگان
علی علیزاده 1
مجید جعفری مفرد 2
محسن حیدری بنی 3
جعفر اسکندری جم 1
مجید اسکندری شهرکی 4
1 استاد، مجتمع دانشگاهی مواد و فناوری‌های ساخت، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران
2 کارشناسی ارشد، مهندسی مکانیک، مجتمع دانشگاهی مواد و فناوری‌های ساخت، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران
3 دکتری، مهندسی مکانیک، مجتمع دانشگاهی مواد و فناوری‌های ساخت، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران
4 دانشجوی دکتری، مهندسی هوافضا، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران
10.22034/stme.2025.513227.1111
چکیده
کامپوزیت‌های زمینه فلزی تقویت‌شده با ذرات، یکی از جدیدترین مواد مهندسی بوده و توسعه سریع آن‌ها در سال‌های اخیر را می‌توان به دلیل خواص بسیار عالی ازجمله اســتحکام ویژه، مقاومت ســایشــی، مقاومت به خوردگی، مدول الاستیک بالا و کاربردهای گسترده آن دانست. این مواد در صــنایع مختلف ازجمله هوافضــا، ارتباطات، الکترونیک، خودروسازی، صنایع دفاعی و بسیاری دیگر از محصولات تجاری و مصرفی کاربرد دارند. در این تحقیق اثر درصد افزودنی ذرات الماس با اندازه ذرات 100 میکرومتر بر خواص مکانیکی و سایشی کامپوزیت برنز- الماس بررسی می‌گردد. پودرهای کامپوزیتی با درصدهای مختلف الماس در زمینه برنز با استفاده از آسیاب سایشی جهت مخلوط کردن پودرهای برنز و الماس آسیاب می‌شوند و در انتها پودرهای کامپوزیتی به روش پرس داغ تف‌جوش می‌شوند. با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی، اثر مقدار الماس بر توزیع یکنواخت آن‌ها و ریزساختار زمینه برنزی و همچنین خواص مکانیکی و سایشی نیز بررسی می‌شود. در این تحقیق اثر حضور درصدهای وزنی مختلف ذرات الماس (12%-10%-8%) بر خواص کامپوزیت برنز الماس مورد بررسی قرار می‌گیرد. نتایج نشان داد با اضافه کردن الماس به زمینه فلزی، استحکام خمشی کاهش می‌یابد. ضمن اینکه هرچه درصد وزنی الماس افزایش می‌یابد، استحکام خمشی کاهش و با افزایش درصد الماس، مقاومت به سایش نیز افزایش پیدا می‌کند.
کلیدواژه‌ها
الماس
کامپوزیت
خواص مکانیکی
خواص سایشی
برنز
موضوعات

عنوان مقاله English

Investigation of the Effect of Diamond Additive Percentage on the Mechanical and Wear Properties of Bronze-Diamond Composite for Use in Industries

نویسندگان English

Ali Alizadeh 1
Majid Jafari Mofrad 2
Mohsen Heydari Beni 3
Jafar Eskandari Jam 1
Majid Eskandari Shahraki 4
1 Professor, Materials and Manufacturing Technologies University Complex, Malek Ashtar University of Technology, Tehran, Iran
2 MSc in Mechanical Engineering, Materials and Manufacturing Technologies University Complex, Malek Ashtar University of Technology, Tehran, Iran
3 PhD in Mechanical Engineering, Materials and Manufacturing Technologies University Complex, Malek Ashtar University of Technology, Tehran, Iran
4 PhD Candidate in Aerospace Engineering, Faculty of Engineering, Ferdowsi University of Mashhad, Iran
چکیده English

Particle-reinforced metal matrix composites are among the latest engineering materials, and their rapid development in recent years can be attributed to their exceptional properties, including high specific strength, wear resistance, corrosion resistance, high elastic modulus, and wide-ranging applications. These materials are used in various industries such as aerospace, telecommunications, electronics, automotive, defense, and many other commercial and consumer products. In this study, the effect of the percentage of diamond particles with a size of 100 micrometers on the mechanical and wear properties of bronze-diamond composites is investigated. Composite powders with varying diamond percentages in a bronze matrix are prepared using a ball mill to mix the bronze and diamond powders, and the resulting composite powders are consolidated through hot pressing. Using scanning electron microscopy, the effect of diamond content on their uniform distribution, the microstructure of the bronze matrix, and the mechanical and wear properties are examined. This study investigates the effect of different weight percentages of diamond particles (8%, 10%, 12%) on the properties of bronze-diamond composites. The results indicate that adding diamond to the metal matrix reduces flexural strength. Furthermore, as the weight percentage of diamond increases, flexural strength decreases, while wear resistance improves with higher diamond content.

کلیدواژه‌ها English

Diamond
Composite
Mechanical Properties
Wear Properties
Bronze

اصل مقاله

[1] C. Artini, M. L. Muolo, and A. Passerone, "Diamond–metal interfaces in cutting tools: a review," Journal of Materials Science, Vol. 47, No. 7, pp. 3252–3264, 2012, doi: 10.1007/s10853-011-6164-6.
[2] L. J. de Oliveira, R. P. da R. Paranhos, R. d. S. Guimarães, G. S. Bobrovnitchii, و M. Filgueira, “Use of PM Fe–Cu–SiC composites as bonding matrix for diamond tools,” Powder Metallurgy, Vol. 50, No. 2, pp. 148–152, 2007. [Online]. Available: doi: 10.1179/174329007X161982
[3] Y.-Z. Hsieh و S.-T. Lin, “Diamond tool bits with iron alloys as the binding matrices,” Materials Chemistry and Physics, Vol. 72, No. 2, pp. 121–125, 2001. [Online]. Available: doi:10.1016/S0254-0584(01)00419-9
[4] P. Han, F.-r. Xiao, W.-j. Zou, و B. Liao, “Effect of different oxides addition on the thermal expansion coefficients and residual stresses of Fe-based diamond composites,” Ceramics International, Vol. 40, No. 3, pp. 5007–5013, 2014. [Online]. Available: doi:10.1016/j.ceramint.2013.10.130
[5] Y.-Z. Hsieh, J.-F. Chen, و S.-T. Lin, “Pressureless sintering of metal-bonded diamond particle composite blocks,” Journal of Materials Science, Vol. 35, pp. 5383–5387, 2000. [Online]. Available: doi: 10.1023/A:1004855130887
[6] D. Lison, “Human toxicity of cobalt-containing dust and experimental studies on the mechanism of interstitial lung disease (hard metal disease),” Critical Reviews in Toxicology, Vol. 26, No. 6, pp. 585–616, 1996. [Online]. Available: doi:10.3109/10408449609089892
[7] J. Gál, A. Hursthouse, P. Tatner, F. Stewart, و R. Welton, “Cobalt and secondary poisoning in the terrestrial food chain: data review and research gaps to support risk assessment,” Environment International, Vol. 34, No. 6, pp. 821–838, 2008. [Online]. Available: doi:10.1016/j.envint.2007.12.004
[8] J. C. Sung و M. Sung, “The brazing of diamond,” International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, Vol. 27, No. 2, pp. 382–393, 2009. [Online]. Available: doi:10.1016/j.ijrmhm.2008.09.006
[9] L. Wang, Q. Xia, و Y. Li, “The effects of high pressure processing and slightly acidic electrolysed water on the structure of Bacillus cereus spores,” Food Control, Vol. 79, pp. 94–100, 2017. [Online]. Available: doi: 10.1016/j.foodcont.2017.03.025
[10] J. S. Konstanty, E. Baczek, A. Romanski, و D. Tyrala, “Wear-resistant iron-based Mn–Cu–Sn matrix for sintered diamond tools,” Powder Metallurgy, Vol. 61, No. 1, pp. 43–49, 2018. [Online]. Available: doi:10.1080/00325899.2017.1412356
[11] X. Zhao و L. Duan, “A review of the diamond retention capacity of metal bond matrices,” Metals, Vol. 8, No. 5, p. 307, 2018. [Online]. Available: doi:10.3390/met8050307
[12] R. Colaço و R. Vilar, “Abrasive wear of metallic matrix reinforced materials,” Wear, Vol. 255, No. 1-6, pp. 643–650, 2003. [Online]. Available: doi: 10.1016/S0043-1648(03)00081-8
[13] J. Kauzlarich و J. Williams, “Archard wear and component geometry,” Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part J: Journal of Engineering Tribology, Vol. 215, No. 4, pp. 387–403, 2001. [Online]. Available: doi:10.1243/1350650011543286
[14] J. Zhang, “Wear regimes and transitions in ceramic particulate-reinforced aluminum alloys,” 1995.
[15] H. Dong, “A study of mechanical properties and microstructure of Cu-based matrixes for diamond ultrathin sawing,” Results in Physics, Vol. 12, pp. 748–753, 2019. [Online]. Available: doi:10.1016/j.rinp.2018.12.063
[16] H. Tönshoff, H. Hillmann-Apmann, و J. Asche, “Diamond tools in stone and civil engineering industry: cutting principles, wear and applications,” Diamond and Related Materials, Vol. 11, No. 3-6, pp. 736–741, 2002. [Online]. Available: doi:10.1016/S0925-9635(01)00526-2
[17] R. German, Sintering: from empirical observations to scientific principles. Butterworth-Heinemann, 2014.
[18] D. M. Ştefănescu, “Issues in liquid processing of particulate metal matrix composites,” in Key Engineering Materials, Vol. 79: Trans Tech Publ, pp. 75–90, 1993. [Online]. Available: doi:10.4028/www.scientific.net/KEM.79-80.75
[19] J. T. Blucher, “Discussion of a liquid metal pressure infiltration process to produce metal matrix composites,” Journal of Materials Processing Technology, Vol. 30, No. 3, pp. 381–390, 1992. [Online]. Available: doi:10.1016/0924-0136(92)90206-A
[20] M. Flemings, “Semi-solid forming: the process and the path forward,” Metallurgical Science and Technology, Vol. 18, No. 2, 2000.
[21] H. Moriguchi, K. Tsuduki, A. Ikegaya, Y. Miyamoto, و Y. Morisada, “Sintering behavior and properties of diamond/cemented carbides,” International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, Vol. 25, No. 3, pp. 237–243, 2007. [Online]. Available: doi:10.1016/j.ijrmhm.2006.08.007
[22] J. V. Naidich, “The wettability of solids by liquid metals,” in Progress in Surface and Membrane Science, Vol. 14: Elsevier, pp. 353–484, 1981. [Online]. Available: doi: 10.1016/B978-0-12-571814-4.50012-1
[23] U. E. Klotz, C. Liu, F. A. Khalid, و H.-R. Elsener, “Influence of brazing parameters and alloy composition on interface morphology of brazed diamond,” Materials Science and Engineering: A, Vol. 495, No. 1-2, pp. 265–270, 2008. [Online]. Available: doi: 10.1016/j.msea.2007.10.118
[24] X. Zhao و L. Duan, “A review of the diamond retention capacity of metal bond matrices,” Metals, Vol. 8, No. 5, p. 307, 2018. [Online]. Available: doi:10.3390/met8050307
[25] Y. Zhou, F. Zhang, C. Wang, “Brazing of Diamond by Ag-Cu-Zn Alloy with Cr Powder and the Microstructure of the Interfaces,” China Mechanical Engineering, Vol. 19, No. 3, p. 354, 2008.
[26] X. Xu, X. Tie, و H. Wu, “The effects of a Ti coating on the performance of metal-bonded diamond composites containing rare earth,” International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, Vol. 25, No. 3, pp. 244–249, 2007. [Online]. Available: doi:10.1016/j.ijrmhm.2006.07.001
 

XML
اصل مقاله 2.92 M
فایل‌های تکمیلی/اضافی
پذیرش مقاله 1111 .pdf

  • تاریخ دریافت 29 اسفند 1403
  • تاریخ بازنگری 06 خرداد 1404
  • تاریخ پذیرش 10 خرداد 1404
  • تاریخ اولین انتشار 10 خرداد 1404
  • تاریخ انتشار 01 بهمن 1404