Κατασκευή σύνθετων υλικών μήτρας κράματος αλουμινίου με ενίσχυση νιφάδων χαλκού και συγκριτική αξιολόγηση μηχανικών και φυσικών ιδιοτήτων

Abstract

Τα τελευταία χρόνια, η ραγδαία τεχνολογική ανάπτυξη οφείλεται, σε μεγάλο βαθμό, στην πρόοδο που συντελείται στον τομέα των υλικών. Τα σύνθετα υλικά αντιπροσωπεύουν την προσπάθεια ενίσχυσης των υλικών για χρήση σε διάφορες εφαρμογές με αυξημένες απαιτήσεις για αντοχή και για βελτιωμένα φυσικά ή/και μηχανικά χαρακτηριστικά. Κύριος στόχος της ενδελεχούς μελέτης των σύνθετων υλικών είναι η μεγιστοποίηση των μηχανικών ιδιοτήτων τους και η εξάλειψη των «αδυναμιών» των αυτούσιων, καθαρών, μητρικών υλικών, σε συνδυασμό με την αποτελεσματικότητα, την απόδοση και το χαμηλό οικονομικό κόστος της μεθόδου παραγωγής τους. Το αλουμίνιο (Al) είναι ένα από τα ελαφρύτερα μέταλλα (με ειδικό βάρος ίσο με το 1/3 του χάλυβα), με χαμηλή πυκνότητα (2,7g/cm3), το οποίο υπάρχει σε αφθονία στον φλοιό της Γης. Η μεγάλη αντοχή στη διάβρωση και η εύκολη κατεργασιμότητα, σε συνδυασμό με την εγγενή του ιδιότητα να δημιουργεί εύκολα κράματα, το έχουν καταστήσει αρκετά δημοφιλές στους διάφορους τομείς της βιομηχανίας, όπως και στη ναυπηγική. Η παρούσα Διπλωματική Εργασία επικεντρώνεται στην κατασκευή σύνθετων μεταλλικών υλικών μήτρας αλουμίνιου (Al) με την προσθήκη νιφάδων (flakes) χαλκού (Cu), με τη μέθοδο χύτευσης σε άμμο και στη συνέχεια στη μελέτη των μηχανικών ιδιοτήτων τους. Το θεωρητικό μέρος της εργασίας περιλαμβάνει τη βιβλιογραφική ανασκόπηση του αλουμινίου και των κραμάτων του στο 1ο κεφάλαιο, των σύνθετων υλικών, των μεθόδων κατασκευής και των κυριότερων ιδιοτήτων τους στο 2ο κεφάλαιο, και των κυριότερων μεθόδων χύτευσης που χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία στο 3ο κεφάλαιο. Το πειραματικό μέρος της εργασίας περιλαμβάνει την κατασκευή δοκιμίων σύνθετων υλικών με χύτευση και ανάμιξη αλουμινίου και νιφάδων χαλκού σε ποσοστό 95%Al - 5%Cu και 85%Al - 15%Cu κ.β. και ακολούθως τον προσδιορισμό των μηχανικών ιδιοτήτων των χυτών δοκιμίων μέσω δοκιμασιών αντοχής σε εφελκυσμό και κρούση, μέτρησης σκληρότητας και μέτρησης πυκνότητας. Τέλος, η εργασία περιλαμβάνει μικροσκοπική εξέταση, οπτικά και ηλεκτρονικά (SEM/EDS), εξωτερικών και εσωτερικών επιφανειών των χυτών δοκιμίων των σύνθετων υλικών που κατασκευάστηκαν. Τέλος, οι πειραματικές μετρήσεις και τα αποτελέσματα αναλύονται και συγκρίνονται, αποδεικνύοντας τη διαφοροποίηση των μηχανικών ιδιοτήτων των σύνθετων υλικών ανάλογα με το ποσοστό ανάμιξης του αλουμινίου - χαλκού.