دانلود پروژه: ساخت فوم های آلومینیومی با استفاده­ی همزمان از دو عامل فضا ساز مختلف

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                                      صفحه

فصل اول: مقدمه

1-1- اهمیت موضوع. 2

1-2- تعاریف… 4

1-2-1- فوم های سلول باز 4

1-2-2- فوم های سلول بسته. 5

1-3- روش های ساخت فوم های فلزی.. 7

1-4- استفاده از فرایند متالورژی پودر در تولید فوم های فلزی: 8

1-5- هدف از انجام تحقیق.. 8

فصل دوم: تئوری

2-1- تاریخچه. 11

2-2- چالش ها برای آینده 13

2-3- ساختارهای سلولی.. 14

2-4- خواص فوم های فلزی.. 17

2-4-1- رفتار فشاری.. 19

2-4-2- رفتار کششی.. 22

2-4-3- مدول یانگ…. 25

عنوان                                                                                                                      صفحه

2-4-4- رفتار پیچشی.. 26

2-4-5- رفتار شکست… 27

2-4-6- جوانه زنی و رشد ترک… 27

2-4-7- چقرمگی شکست… 29

2-4-8- قابلیت جذب انرژی.. 29

2-4-9- رفتار ضربه ای.. 31

2-4-10- خواص جذب ضربه ی دینامیکی.. 32

2-4-11- خواص الکتریکی.. 33

2-4-12- خاصیت مهار امواج الکترومغناطیس…. 34

2-4-13- خواص حرارتی.. 35

2-4-14- خواص صوتی.. 39

2-5- چارت های خواص فوم های فلزی.. 44

2-6- روش های تولید فوم های فلزی.. 45

2-6-1- روش های استفاده از فلز مذاب… 48

2-6-2- روش متالورژی پودر 51

2-6-3- فوم سازی با استفاده از کره های تو خالی.. 52

2-6-4- روش های ساخت فوم آلومینیومی.. 53

2-7- مروری بر مطالعات انجام شده 53

2-8- کاربرد فوم های فلزی.. 64

2-8-1- ساختار های ساندویچی.. 65

2-8-2- سازه های سبک وزن نظامی.. 67

2-8-3- سیستم های حمل و نقل.. 67

2-8-4- مهندسی بیومواد. 69

2-8-5- فیلتر و کاتالیزور 69

عنوان                                                                                                                      صفحه

فصل سوم: مواد و روش تحقیق

3-1- فوم سازی.. 72

3-1-1- مواد. 72

3-1-1-1- پودر آلومینیوم. 72

3-1-1-2- کره های توخالی فرانهوفر. 73

3-1-1-3- اوره 73

3-1-1-4- کربن فعال.. 74

3-1-2- تجهیزات… 74

3-1-2-1- قالب… 75

3-1-2-2- دستگاه پرس…. 75

3-1-2-3- کوره 75

3-1-2-4- دستگاه آزمون فشار 76

3-1-2-5- میکروسکوپ نوری.. 76

3-2- روش تهیه ی فوم. 76

3-2-1- مخلوط سازی.. 76

3-2-2- فشرده کردن.. 78

3-2-3- پخت و حذف اوره 79

3-3- آزمایش های صورت گرفته بر روی فوم. 79

3-3-1- تعیین دانسیته ی نمونه ی نهایی.. 79

3-3-2- آزمون فشار 80

3-3-3- بررسی ریز ساختار 80

عنوان                                                                                                                      صفحه

فصل چهارم: بحث و نتایج

4-1- استفاده از اوره در ساخت فوم آلومینیوم. 83

4-1-1- ساختار سلولی فوم های شامل اوره 83

4-1-1-1- تأثیر درصد اوره بر ساختار سلولی فوم های شامل اوره 85

4-1-1-2- تأثیر فشار بر ساختار سلولی فوم های شامل اوره 86

4-1-1-3- تأثیر دمای پخت بر ساختار سلولی فوم های شامل اوره 86

4-1-2- بررسی دانسیته فوم های تولیدی با استفاده از اوره به عنوان فضاساز 86

4-1-1-4- تأثیر درصد حجمی اوره و فشار اولیه بر دانسیته. 88

4-1-3- آزمون فشار برای فوم های تولید شده با اوره به عنوان عامل فضاساز 91

4-1-3-1- تأثیر درصد حجمی اوره و فشار اولیه بر استحکام. 91

4-1-3-2- بررسی سطح شکست در فوم های شامل اوره 93

4-1-4- انتخاب شرایط بهینه برای تولید فوم شامل فضاساز اوره 94

4-2- استفاده از کره ی توخالی فولادی در ساخت فوم آلومینیوم. 95

4-2-1- ساختار سلولی فوم های شامل کره های توخالی فولادی.. 95

4-2-1-1- تأثیر درصد کره های توخالی فولادی بر ساختار سلولی.. 97

4-2-1-2- تأثیر فشار بر ساختار سلولی فوم های شامل کره های توخالی.. 98

4-2-1-3- تأثیر دمای پخت بر ساختار سلولی فوم ها شامل کره های توخالی.. 99

4-2-2- بررسی دانسیته فوم های تولیدی با استفاده از کره های توخالی به
عنوان فضاساز 99

4-2-2-4- تأثیر درصد حجمی کره ی توخالی فولادی و فشار اولیه بر دانسیته. 101

4-2-3- آزمون فشاربرای فوم های تولید شده با کره ی توخالی فولادی.. 103

4-2-3-1- تأثیر درصد حجمی کره ی توخالی فولادی و فشار اولیه
بر استحکام. 103

عنوان                                                                                                                      صفحه

4-2-3-2- بررسی سطح شکست در نمونه های شامل کره های
توخالی فولادی.. 105

4-2-4- انتخاب شرایط بهینه در تولید فوم های شامل کره های توخالی فولادی.. 105

4-3- مقایسه ی فوم ها 106

4-4- فوم هایی که در ساخت آن از هر دو عامل فضاساز استفاده شده است… 106

4-4-1- ساختار سلولی فوم هایی که در ساخت آن از دو عامل فضا ساز
استفاده شده است… 107

4-4-1-1- تأثیر درصد های عوامل فضاساز بر ساختار سلولی.. 109

4-4-1-2- تأثیر فشار بر ساختار سلولی در نمونه های ساخته شده با هر
دو عامل فضاساز 110

4-4-1-3- تأثیر دما بر ساختار سلولی فوم ها شامل هر دو عامل فضاساز 111

4-4-2- بررسی دانسیته در نمونه های ساخته شده با هر دو عامل فضاساز 111

4-4-2-4- تأثیر درصد حجمی عوامل فضاساز و فشار اولیه بر دانسیته در
نمونه های شامل هر دو عامل فضاساز 112

4-4-3- آزمون فشار در نمونه های شامل هر دو عامل فضاساز 115

4-4-3-1- تأثیر درصد حجمی عوامل فضاساز، فشار اولیه و دما بر استحکام
نمونه ها شامل هر دو عامل فضاساز 115

4-4-3-2- بررسی سطح شکست در نمونه های شامل هر دو عامل فضاساز 117

4-4-4- انتخاب شرایط بهینه برای تولید فوم آلومینیومی شامل هر
دو عامل فضاساز 118

4-5- ایجاد یک آرایش متفاوت از فضاسازها برای بهبود خواص فیزیکی و مکانیکی.. 119

عنوان                                                                                                                      صفحه

فصل پنجم: نتایج و پیشنهادات

5-1- نتایج.. 122

5-2- پیشنهادات… 123

منابع.. 124

چکیده و صفحه عنوان به انگلیسی

فهرست جداول

عنوان                                                                                                                      صفحه

جدول 1-1. کاربرد فوم های فلزی بر اساس خصوصیاتشان.. 3

جدول 3-1. خواص اوره 74

جدول 3-2. نسبت های مخلوط شامل پودر آلومینیوم و اوره. 77

جدول 3-3. نسبت های مخلوط شامل پودر آلومینیوم و کره ی توخالی فولادی. 78

جدول 3-4. نسبت های مخلوط شامل پودر آلومینیوم، کره ی توخالی فولادی و اوره. 78

جدول 4-1. دانسیته ی نمونه های فوم آلومینیومی ساخته شده توسط اوره. 88

جدول 4-2. استحکام نمونه ها با درصدهای مختلف از اوره. 93

جدول 4-3. استحکام نمونه ها ی شامل اوره در فشار های مختلف. 93

جدول 4-4. دانسیته ی نمونه های کامپوزیتی شامل کره های توخالی فولادی. 100

جدول 4-5. استحکام نمونه ها با درصدهای مختلف از کره های توخالی فولادی. 104

جدول 4-6. استحکام نمونه های شامل 60% حجمی کره ی توخالی در
فشارهای مختلف. 104

جدول 4-7. دانسیته ی نمونه های فوم کامپوزیتی شامل اوره و کره ها ی
توخالی فولادی. 112

جدول 4-8. استحکام نمونه ها ی شامل30% حجمی کره های توخالی و 20%
حجمی اوره در  فشار های متفاوت. 117

جدول 4-9. استحکام نمونه ها ی شامل 30% حجمی کره های توخالی و20%
حجمی اوره در دماهای پخت متفاوت. 117

فهرست شکل ها

عنوان                                                                                                                      صفحه

شکل 1-1. کاربرد فوم های فلزی در صنایع.. 3

شکل 1-2. تصویر سمت راست فوم سلول باز و تصویر سمت چپ فوم سلول بسته. 6

شکل 1-3 .روش های تولید فوم های فلزی.. 8

شکل 2-1. تاریخچه توسعه مواد نوین. 13

شکل 2- 2. نمودار تنش- کرنش یک ماده سلولی تحت نیروی فشاری تک محوره 16

شکل 2-3. مقایسه ی شماتیک بین منحنی تنش-کرنش فلز و فوم فلزی.. 18

شکل 2-4. نمونه ای از نمودار تنش- کرنش یک فلز سلولی.. 19

شکل 2-5. تغییر فرم خمشی لبه ی سلول ها در طول آزمون فشار 20

شکل 2-6. منحنی تنش-کرنش یک فوم نرم آلومینیوم وفوم ترد آلومینا 21

شکل 2-7. منحنی تنش-کرنش فوم آلومینیوم آلولایت با دانسیته های مختلف. 22

شکل 2-8. منحنی تنش-کرنش فوم های آلومینیومی آلولایت با دانسیته های
نسبی متفاوت… 24

شکل 2-9.مکانیزم شکست فوم آلومینیوم تحت کشش. جوانه زنی ترک در برخی از
دیواره های ضعیف سلول ها دیده می شود، که در نهایت موجب شکل گیری ناحیه ی شکست  می شود 24

شکل2-10. نمودار مدول یانگ-دانسیته برای فوم های فلزی موجود. 26

 

عنوان                                                                                                                      صفحه

شکل 2-11. منحنی تنش-کرنش فوم آلومینیوم تحت پیچش بدون اعمال تنش محوری(منحنی بالا) با اعمال تنش محوری(منحنی پایین) 27

شکل 2-12. منحنی تنش-کرنش و تصاویر SEM مربوط به جوانه زنی و رشد ترک
در فوم های آلومینیومی نرم. 28

شکل 2-13. راندمان جذب انرژی h نسبت بین انرژی جذب شده توسط ماده E_v   
و توسط یک ماده پلاستیک ایده آل در یک محدوده کرنش معین است… 30

شکل 2-14. وابستگی استحکام پلاستیک به نرخ کرنش در دو نوع متفاوت از فوم های آلومینیوم  32

شکل 2-15. وابستگی هدایت حرارتی فوم فلزی به دانسیته ی نسبی فوم آلولایت… 34

شکل 2-16. توانایی مهار امواج الکترومغناطیس به عنوان تابعی از فرکانس
برای فوم آلولایت و ورق های فولادی با وزن برابر و ورق های آلومینیومی
با ضخامت برابر با فوم آلولایت. 35

شکل 2-17. توانایی مهار امواج الکترومغناطیس به عنوان تابعی از فرکانس برای
فوم آلولایت و  ورق های فولادی با وزن برابر. 35

شکل 2-18. تغییرات هدایت حرارتی l، با گرمای ویژه ی حجمی C_pr برای فوم های موجود(هدایت حرارتی a= ) 39

شکل 2-19. ضریب جذب صدا برای انواع مختلف فوم های آلومینیومی در مقایسه با جذب کننده صوت الیاف شیشه  41

شکل 2-20. تغییرات ضریب جذب صوت بر حسب فرکانس برای پشم شیشه. 42

شکل 2-21. تغییرات ضریب جذب برای فوم آلپوراس قبل از فشرده شدن و در شرایط
بدون بارگذاری.. 43

شکل 2-22. تغییرات ضریب جذب با فرکانس برای فوم آلپوراس بعد از فشرده شدن
به میزان 10 درصد. 44

شکل 2-23. تغییرات مدول ویژه E/r با تغییر s_c/r استحکام ویژه برای فوم های موجود. 45

عنوان                                                                                                                      صفحه

شکل 2-24. محدوده ی اندازه ی  سلول و دانسیته ی نسبی برای روش های مختلف
ساخت فوم فلزی.. 47

شکل2-25. روش های تولید فوم فلزی از فلز اولیه مایع و پودر 47

شکل 2-26. روش تزریق گاز به درون مذاب فلز آلومینیوم برای تولید فوم. 49

شکل 2-27. تولید فوم با استفاده از عوامل فومی کننده 50

شکل 2-28. روش تولید کره های تو خالی. 52

شکل 2-29.  مقایسه ی فوم های فلزی تحت فشرده سازی یکنواخت… 54

شکل 2-30. تصویر SEM فوم تولید شده به روش ریخته گری.. 55

شکل 2-31. (a) پودر فولاد. (b) اوره نا متقارن. (c) اوره کروی. (d) اوره پوشیده شده
با پودر فولاد. 57

شکل 2-32. تأثیر درصد اوره روی افزایش حجم.. 57

شکل 2-33. تأثیر اوره ی کروی بر استحکام. 58

شکل 2-34.  تأثیر اوره ی نا متقارن بر استحکام. 58

شکل 2-35. تأثیر اوره ی کروی بر مدت زمان استخراج.. 59

شکل 2-36. تأثیر اوره ی نا متقارن بر مدت زمان استخراج.. 59

شکل 2-37. نمونه ی فوم تولید شده توسط اوره پخته شده در c ° 1250. 61

شکل 2-38.  تصویر SEM نمونه ی فوم فولاد. 62

شکل 2-39. تاثیر NaCl  روی استحکام. 63

شکل 2-40.  تاثیر NaCl روی جذب انرژی.. 63

شکل 2-41. کاربردهای عمده ی فوم های فلزی.. 64

شکل 2-42. کاربرد های فوم های فلزی بسته به نوع سلول و این که کاربردها عملکردی
باشند یا ساختاری.. 65

شکل 2-43. بهینه سازی ساختار ساندویچی.. 66

شکل 2-44. استفاده ازساختار ساندویچ پنل در موشک فضایی. 66

عنوان                                                                                                                      صفحه

شکل 2-45. نمونه ای از کاربرد فوم فلزی در ساخت اتومبیل.. 68

شکل 3-1.تصویر SEM از پودر آلومینیوم. 72

شکل 3-2. کره ی فولادی به کار رفته در تحقیق. 73

شکل 3-3. اوره مورد استفاده در تحقیق. 74

شکل3-4.تصویری از قالب مورد استفاده در تحقیق. 75

شکل 3-5. قالب پر شده از مخلوط پودر آلومینیوم و عوامل فضاساز. 77

شکل 4-1. فوم آلومینیومی شامل 30 درصد حجمی کره ی توخالی فولادی و 20
درصد حجمی اوره. 82

شکل 4-2. تصویر کلی از فوم آلومینیومی ساخته شده توسط اوره. 84

شکل 4-3. تصویر میکروسکوپی از فوم ها ی آلومینیومی ساخته شده از اوره. 84

شکل 4-4. تصویر میکروسکوپی از دیواره ی سلول ها در فوم های آلومینیومی
ساخته شده از اوره. 85

شکل 4-5. تأثیر درصد حجمی اوره بر شکل ظاهری فوم نهایی. 85

شکل 4-6. تأثیر فشار بر شکل ظاهری نمونه ی نهایی ساخته شده توسط اوره. 86

شکل 4-7. نمودار در صد حجمی اوره بر حسب دانسیته. 89

شکل 4-8. نمودار درصد حجمی اوره بر حسب دانسیته ی نسبی. 89

شکل 4-9. نمودار درصد حجمی اوره- (  r_real/r_th). 90

شکل 4-10. نمودار فشار بر حسب دانسیته ی واقعی برای نمونه های
شامل 60% حجمی اوره. 90

شکل 4-11.تأثیر درصداوره بر نمودار تنش-کرنش. 92

شکل 4-12. تأثیر فشار بر نمودار تنش-کرنش برای نمونه های شامل 50% حجمی اوره. 92

شکل 4-13. سطح شکست در نمونه های شامل اوره. 94

شکل 4-14. نمونه ی فوم آلومینیومی شامل 50% فضاساز اوره. 95

شکل 4-15. تصویر کلی از نمونه شامل 60 درصد حجمی کره ی توخالی فولادی. 96

عنوان                                                                                                                      صفحه

شکل 4-16. تصویر میکروسکوپی از فوم آلومینیومی ساخته شده توسط کره ی
توخالی فولادی. 96

شکل 4-17. تصویر میکروسکوپی از دیواره ی سلول ها در نمونه های شامل
کره های توخالی. 97

شکل 4-18. تأثیر میزان کره های توخالی بر شکل ظاهری و ساختار سلولی
فوم آلومینیومی. 98

شکل 4-19. تأثیر فشار بر شکل ظاهری نمونه و تخلخل ها در فوم های آلومینیومی
ساخته شده توسط کره های توخالی. 98

شکل 4-20. نمونه ی شامل 60% حجمی کره ی توخالی پخته شده در دمای °C650. 99

شکل 4-21. نمودار در صد حجمی کره ی توخالی فولادی بر حسب دانسیته ی
واقعی(سری1) و دانسیته ی تئوری(سری 2). 101

شکل 4-22. نمودار در صد حجمی کره ی توخالی فولادی بر حسب دانسیته ی نسبی. 101

شکل 4-23. نمودار در صد حجمی کره ی توخالی فولادی بر حسب نسبت دانسیته ی
واقعی به تئوری. 102

شکل 4-24. نمودار فشار بر حسب دانسیته ی واقعی برای نمونه های شامل 60%
حجمی کره ی توخالی فولادی. 102

شکل 4-25. تأثیر درصدهای مختلف از کره ی توخالی فولادی بر استحکام. 103

شکل 4-26. تأثیر فشار اعمالی در تولید نمونه ی خام بر استحکام فوم های شامل 60%
حجمی  کره ی توخالی. 104

شکل 4-27. بررسی سطح شکست در نمونه های شامل کره های توخالی فولادی. 105

شکل 4-28. نمونه ی فوم آلومینیوم خام شامل اوره و کره ی توخالی فولادی. 107

شکل 4-29. تصویر کلی از فوم آلومینیومی شامل 30درصد حجمی کره ی توخالی
و 20 درصد حجمی اوره. 108

شکل 4-30. تصویر میکروسکوپی از نمونه فوم شامل کره ی توخالی فولادی و اوره. 108

عنوان                                                                                                                      صفحه

شکل 4-31. تصویر میکروسکوپی از دیواره ی سلولی در فوم های آلومینیومی
شامل اوره و کره ی توخالی فولادی. 109

شکل 4-32. تأثیر درصد عوامل فضا ساز بر ساختار نهایی فوم آلومینیومی. 110

شکل 4-33. تأثیر فشار بر ساختار نهایی نمونه شامل اوره و کره ی توخالی فولادی. 110

شکل 4-34. نمودار درصد حجمی کره ی توخالی بر حسب دانسیته ی واقعی و تئوری
برای نمونه های شامل هر دو عامل فضاساز. 113

شکل 4-35. نمودار درصد حجمی کره ی توخالی بر حسب دانسیته ی نسبی برای
نمونه های شامل هر دو عامل فضاساز. 113

شکل 4-36. نمودار در صد حجمی کره های توخالی بر حسب نسبت دانسیته وقعی
به تئوری برای نمونه های شامل هردو عامل فضاساز 114

شکل 4-37. نمودار فشار بر حسب دانسیته ی واقعی برای نمونه های شامل 30%
حجمی کره ی توخالی فولادی و20% حجمی اوره. 114

شکل 4-38. تأثیر درصدهای مختلف از اوره و کره های توخالی بر استحکام. 115

شکل 4-39. تأثیر فشارهای مختلف بر استحکام برای نمونه های شامل هر
دو عامل فضاساز. 116

شکل 4-40.تأثیر دمای پخت بر استحکام  برای نمونه های شامل هر دوعامل فضاساز. 116

شکل 4-41. بررسی سطح شکست در نمونه های شامل اوره و کره های
توخالی فولادی. 118

شکل 4-42. تصویر فوم آلومینیومی شامل اوره و کره ی توخالی فولادی
با آرایش متفاوت. 119

شکل 4-43.نمودار تنش-کاهش ارتفاع مربوط به نمونه با آرایش متفاوت از عوامل
فضاسازدر مقایسه با نمونه با آرایش لایه ای. 120