Fremstillingsvej forbedrer egenskaberne af aluminium-baserede nanokompositter

En udfordring i at producere stærke, elastiske og slidstærke nanokompositter opnår en jævn fordeling af nanopartiklerne i metalmatrixen. Nu, forskere ved A*STAR har brugt en proces kendt som friction stir processing (se billede) til at producere en jævnt fordelt blanding af nanostørrelse aluminiumoxid (Al2O3) partikler i aluminium. Deres teknik er en levedygtig ny metode til fremstilling af nanokompositter og har spændende potentiale for bilen, rum- og forsvarsindustrien.

"Nuværende pulvermetallurgi eller væskebehandlingsmetoder opnår ikke ensartet behandling, " siger forskningsleder Junfeng Guo, som er fra A*STAR Singapore Institute of Manufacturing Technology.

Guos team borede hundredvis af huller med en diameter på 1 millimeter i overfladen af ​​en tynd plade af en aluminiumslegering. De sprøjtede derefter en opslæmning af aluminiumoxid-nanopartikler ind i hullerne og opvarmede arket i en ovn. Efter afkøling af arket, holdet kastede et roterende værktøj ind i det - dette er friktionsrørsbehandlingstrinnet. Friktionen mellem værktøjet og arket fik materialet til at blødgøre. Værktøjet blev flyttet rundt for at sikre, at hele arket blev plastificeret.

Anbringelse af nanopartiklerne i arket før friktionsomrøringsbehandlingstrinnet øgede signifikant koncentrationen af ​​nanopartikler i kompositten. "Det reducerede også mængden af ​​luftbårne partikler, der blev produceret under pulverplacering og friktionsomrøring, " forklarer Guo.

Holdet brugte scanningselektronmikroskopi til at kontrollere to nøgleegenskaber, der påvirker styrken af ​​nanokompositter. De viste først, at nanopartiklerne var ensartet spredt, hvilket betyder, at materialet ikke har nogen svage punkter. De fandt også, at kornene eller krystallerne af aluminiumsmatrixen, der omkrystalliserede efter at være blevet blødgjort, var ekstremt små; mindre aluminium matrix korn kan flyde forbi hinanden mere jævnt end større partikler, at styrke materialets styrke.

Ved at måle kornstørrelsen efter at have udført friktionsomrøringsbehandling med og uden Al2O3 nanopartiklerne, holdet viste, at nanopartiklerne bidrog til reduktionen i kornstørrelse.

Den bedste nanopartikelfordeling og mindste aluminiumlegeringskorn blev opnået efter at have passeret det roterende værktøj gennem arket fire gange. Holdet demonstrerede derefter, at kompositten fremstillet på denne måde havde væsentligt forbedret hårdhed og trækstyrke sammenlignet med ubehandlede aluminiumslegeringsplader.

"Vi planlægger at fortsætte denne forskning for yderligere at forbedre de mekaniske og termiske egenskaber samt slidstyrken af ​​nanokompositterne, " siger Guo. "Til sidst, vi sigter mod at kommercialisere vores teknologi for at hjælpe den lokale industri."