راکامپوزیت های زمینه فلزی (MMCs) دسته ای از مواد هستند که از یک فلز ذوب شده با ماده دیگری تشکیل شده است. این دو جزء در مراحل مختلف ظاهر می شوند که از نظر فیزیکی و شیمیایی متمایز هستند [1]. ماده پایه یک ماتریس فلزی است، در حالی که ماده دیگر به عنوان ظاهر می شود فیبres یا ذرات به عنوان مواد تقویت کننده عمل کنند.
مانند اکثر کامپوزیت های زمینه فلزی، هدف از ساخت چنین ماده ای افزایش خواص موجود زمینه فلزی با افزودن ویژگی های تکمیلی است که تقویت کننده فراهم می کند.را
خواص کامپوزیت های ماتریس فلزی
استحکام بالا
یکی از رایج ترین ویژگی های مواد کامپوزیتی زمینه فلزی افزایش استحکام و سختی آن است [2]. نسبت استحکام به وزن بالای آن باعث می شود که این ماده در کاربردهای مختلف مفید باشد.
این امر هنگام قرار گرفتن در معرض کشش یا فشار مشهود است، زیرا اکثر کامپوزیت های زمینه فلزی دارای استحکام مکانیکی بالایی هستند.
مقاومت در برابر حرارت بالا
برخی از کامپوزیت ها به گونه ای ساخته شده اند که مقاومت خزشی بالاتری نسبت به همتایان فلزی خالص دارند. این امر خطر تاب برداشتن یا تغییر شکل در مواد را کاهش می دهد، به ویژه هنگامی که در معرض جوشکاری یا تنش کششی با دمای بالا قرار می گیرد. کامپوزیت های زمینه فلزی در صنایعی که خطر خستگی ناشی از خزش یا تغییرات ناگهانی دما دارند بهترین عملکرد را دارند.
علاوه بر این، این مواد دارای ضریب انبساط حرارتی کمتری هستند، که برای کاربردهایی که نیاز به یکپارچگی مواد در دماهای بسیار بالا دارند، نوید خوبی دارد.
سایر خواص منحصر به فرد
هر کامپوزیت بسته به ترکیب و جهت فلز و مواد تقویت کننده، مجموعه خصوصیات منحصر به فرد خود را دارد. برخی از این خواص شامل موارد زیر است:
- مقاوم در برابر آتش
- عدم توانایی در جذب رطوبت
- مقاومت در برابر تشعشع
- افزایش مقاومت در برابر سایش و پارگی
رانمونه هایی از کامپوزیت های ماتریکس فلزی
از آنجایی که تولیدکنندگان بیشتر مواد بیشتری از این نوع تولید می کنند، فهرست کامپوزیت های زمینه فلزی ممکن است هر چند وقت یکبار تغییر کند. با این حال، اکثر کامپوزیت های موجود در بازار معمولاً در زیر طبقه بندی می شوند:
آلومینیوم MMC
این کامپوزیت ها از آلومینیوم به عنوان ماتریس فلز پایه نمونهها عبارتند از SupremEX® 620XF T5 Precision Extrusion (6061B)، آلومینیوم-کامپوزیت گرافیت و آلومینیومکامپوزیت های بریلیم مانند AlBeMet® AM162 HIP.
منیزیم MMC
منیزیم یکی دیگر از مواد ماتریکس عالی برای کامپوزیت ها است. برخی از محصولات این دسته شامل کاربید منیزیم-سیلیکون (Mg-SiCمنیزیم-آلومینیوم اکسید (Mg-Al2O3و کاربید منیزیم-تیتانیوم (Mg-TiC).
تیتانیوم MMC
تیتانیوم خالص در حال حاضر به خودی خود یک ماده قوی است، اما شکل ترکیبی آن ممکن است استحکام برتر آن را افزایش دهد.
سایر MMC ها
سایر مواد پایه ماتریسی کمتر رایج اما بسیار مفید مورد استفاده برای کامپوزیت ها عبارتند از مس، کبالت، نیکل یا ترکیبی از فلزات. در همین حال، برخی از رایج ترین مواد تقویت کننده مورد استفاده فیبر کربن هستندهکاربید سیلیکون، آلومینا و بور.
تولید و فرآوری
کامپوزیت های زمینه فلزی ممکن است به روش های مختلفی تحت یکی از روش های زیر پردازش شوند [3]:را
پردازش حالت جامد
همانطور که از این اصطلاح پیداست، پردازش حالت جامد شامل مخلوط کردن ماتریس و تقویت مواد در اشکال جامد مربوطه است. این ممکن است از طریق فیزیکی انجام شود بخار رسوب، پیوند انتشار، یا مخلوط پودر.
ترکیب پودر از یک ماده ماتریکس پودری ترکیب شده با یک ماده چسبنده در a استودارد حلال. پس از خشک شدن و نورد کردن، ورق پودری حاصل به طور متناوب با الیاف تقویت کننده روی هم چیده می شوددوبارهس لایه های پارچه با خلاء گرم می شوند و تحت فشار گرم قرار می گیرند [4].
پردازش حالت مایع
این نوع تولید شامل ترکیب مواد تقویت کننده با فلز مایع شده و اجازه دادن به مخلوط سرد و جامد می شود. این ممکن است از طریق ریخته گری بهم زدن، ریخته گری فشاری، نفوذ، یا تجزیه اسپری انجام شود.
برای دومی، فلز مایع روی ذرات یا ذرات کوتاه اسپری می شود.فیبدوباره مواد تقویت کننده
پردازش درجا
این نوع پردازش مواد تقویت کننده را از طریق واکنش های شیمیایی در ماتریس تولید می کند. این منجر به یک مخلوط کامپوزیت فلزی خالص با نیروهای پیوند پراکندگی ماتریس قوی می شود.
وقتی یک کامپوزیت مواد تشکیل شده است، ممکن است تحت هر یک از این جهت گیری ها قرار گیرند: تقویت ذرات، تقویت سبیل، و تقویت ورق. تفاوت ها در نحوه جاسازی یا ادغام مواد تقویت کننده در ماتریس فلزی دیده می شود.
کاربردهای کامپوزیت های زمینه فلزی
صنعت هوافضا و هواپیما
کامپوزیت های زمینه فلزی به خوبی در سیستم های انتقال، گیربکس ها، قطعات و لوازم جانبی موتور و سایر عناصر داخلی کار می کنند.
ورزش ها
نسبت استحکام به وزن بیشتر کامپوزیتهای ماتریس فلزی، این ماده را برای راکتهای تنیس، قاب دوچرخه و سایر ورزشهایی که شامل سرعت و قدرت هستند، مناسب میسازد.
برنامه های کاربردی خودرو
مسابقات اتومبیلرانی و موتور سواری از کامپوزیت های ماتریس فلزی برای قسمت های موتور و بدنه خودرو به دلیل ماهیت سبک وزن مواد استفاده می کنند.
را[1] Chawla، N. و Chawla، KK (2006) مواد ماتریس. که در کامپوزیت های ماتریس فلزی. Springer Science & Business Media.
[2] (د) کامپوزیت های ماتریس فلزی. دانشکده علوم و مهندسی مواد UNSW. برگرفته از: http://www.materials.unsw.edu.au/tutorials/online-tutorials/7-metal-matrix-composites
[3] Trinh، SN و Sastry، S. (2016) پردازش و خواص کامپوزیت های زمینه فلزی. مهندسی مکانیک و علم مواد مطالعه مستقل. مقاله 10.
[4] Stephens, JR (1987) کامپوزیت های ماتریس فلزی با دمای بالا برای سیستم های هوافضای آینده. تفاهم نامه فنی ناسا 100212.را