Παρασκευή και χαρακτηρισμός επιφανειακών ιδιοτήτων σύνθετων αλουμινίου με ενίσχυση ιπτάμενης τέφρας (Master thesis)

Καλαντζής, Κωνσταντίνος


Στην παρούσα μεταπτυχιακή διατριβή έγινε η προσπάθεια παρασκευής συνθέτων υλικών μήτρας αλουμινίου με ενίσχυση ιπτάμενης τέφρας. Ως μητρικό υλικό χρησιμοποιήθηκε εμπορικά καθαρό αλουμίνιο 1050 (99.5% καθαρότητα Al) και η ιπτάμενη τέφρα συλλέχθηκε και απεστάλη στο εργαστήριο Εφαρμοσμένης Μεταλλουργίας για χρήση από το ΕΗΣ. Για την παρασκευή των σύνθετων υλικών χρησιμοποιήθηκε η τεχνική της χύτευσης υπό ανάδευση με προσθήκη αλάτων αλογόνων (K2TiF6 και KBF4) κατά τη χύτευση και η μέθοδος της τήξης τόξου εν κενώ (VAM). Αρχικά, με την τεχνική της χύτευσης υπό ανάδευση έγινε η προσπάθεια παρασκευής σύνθετων υλικών με την προσθήκη αλάτων αλογόνων K2TiF6 με σκοπό την χρήση του Ti ως στοιχείο κραματοποίησης στο τήγμα για την καλύτερη διαβροχή της ενισχυτικής φάσης από το τήγμα του αλουμινίου. Τα σύνθετα που έγινε η προσπάθεια παρασκευής τους ήταν: Al-10% κ.β. I.T., Al-15% κ.β. I.T. και Al-20% κ.β. I.T. Μετά από εξέταση της μικροδομής των χυτών με οπτικό μικροσκόπιο παρατηρήθηκε ότι η διαβροχή της ιπτάμενης τέφρας από το τήγμα του μητρικού υλικού ήταν φτωχή και έτσι τα σύνθετα που παρήχθησαν απορρίφθηκαν. Ακολούθως, έγινε προσπάθεια παρασκευής σύνθετων υλικών με τη τεχνική της χύτευσης υπό ανάδευση με τη χρήση αλάτων KBF4. Τα σύνθετα που παρασκευάσθηκαν ήταν: Al-2.5% κ.β. I.T., Al-5% κ.β. I.T. και Al-7.5% κ.β. I.T. Για την αποφυγή του προβλήματος της φτωχής διαβροχής της ιπτάμενης τέφρας από το τήγμα του μητρικού υλικού, χρησιμοποιήθηκε σκόνη αλουμινίου καθαρότητας 99,9% (~325 mesh), η οποία αλέσθηκε μαζί με την φάση της ενίσχυσης σε σφαιρόμυλο ZrO2 σε διάλυμα αιθανόλης. Μετά το πέρας της χύτευσης στα σύνθετα υλικά που παράχθηκαν πραγματοποιήθηκε εξέταση της μικροδομής τους, όπου παρατηρήθηκε η επιτυχής ενσωμάτωση της ιπτάμενης τέφρας στο μητρικό κράμα Al. Επίσης, παρατηρήθηκε η δημιουργία ευτηκτικών φάσεων των σωματιδίων της ιπτάμενης τέφρας με το Al. Ενώ, μετρήθηκαν οι τιμές σκληρότητας (ΗΒ10) και μικροσκληρότητας (ΗV) των συνθέτων υλικών, όπου παρατηρήθηκε η αύξηση της σκληρότητας τους με την αύξηση του ποσοστού της φάσης ενίσχυσης στη μήτρα. Ακόμη, χρησιμοποιήθηκε η τεχνική της τήξης τόξου εν κενώ (VAM). Τα σύνθετα υλικά, τα οποία έγινε η προσπάθεια παρασκευής τους ήταν: Al-5% κ.β. Ι.Τ., Al-10% κ.β. Ι.Τ. και Al-15% κ.β. Ι.Τ.. Κατά τη διαδικασία παρασκευής των συνθέτων παρατηρήθηκε ότι τα οξείδια από τα οποία αποτελείται η ιπτάμενη τέφρα εξαιτίας της υψηλής θερμοκρασίας κατά τη δημιουργία του τόξου είχαν μετατραπεί σε υάλους και βρισκόταν χωρισμένα με το τηγμένο αλουμίνιο. Έτσι, αποφασίστηκε να μην γίνει περαιτέρω προσπάθεια παρασκευής συνθέτων υλικών αλουμινίου-ιπτάμενης τέφρας με VAM. Οι δοκιμές φθοράς ολίσθησης πραγματοποιήθηκαν στα σύνθετα υλικά που παρασκευάσθηκαν με χύτευση υπό ανάδευση με άλατα KBF4 (Al-2,5% κ.β. I.T., Al-5% κ.β. I.T. και Al-7,5% κ.β. I.T.). Τα σύνθετα υπέστησαν φθορά σε τριβόμετρο ball on disk με εξωτερικό φορτίο 1 Ν. Ο χαρακτηρισμός των δοκιμίων και των ψηγμάτων φθοράς έγινε με τη βοήθεια της Ηλεκτρονικής Μικροσκοπίας Σάρωσης (SEM). Τα σύνθετα χωρίστηκαν σε άνω και κάτω τμήμα καθώς παρατηρήθηκε να υπάρχει διαφοροποίηση στο ποσοστό ύπαρξης της ενισχυτικής φάσης στο εσωτερικό του χυτού. Η προσθήκη της ιπτάμενης τέφρας παρατηρήθηκε ότι αυξάνει την αντίσταση του υλικού σε φθορά και συγκεκριμένα ότι στο εσωτερικό του χυτού εμφανίζεται διαφοροποίηση της αντίστασης σε φθορά μεταξύ άνω και κάτω τμήματος. Τέλος, οι δοκιμές ποτενσιοδυναμικής πόλωσης, πραγματοποιήθηκαν σε δύο διαφορετικά διαβρωτικά περιβάλλοντα. Στο περιβάλλον που προσομοιάζει το θαλασσινό νερό (3,5% w.t. NaCl) και σε υδατικό διάλυμα 0.01 Μ NaOH, σε θερμοκρασία περιβάλλοντος. Τα σύνθετα υλικά που υποβλήθηκαν σε δοκιμές ποτενσιοδυναμικής πόλωσης ήταν τα σύνθετα Al-2,5% κ.β. I.T., Al-5% κ.β. I.T. και Al-7,5% κ.β. I.T. τα οποία παρασκευάστηκαν με τη τεχνική της χύτευσης υπό ανάδευση με άλατα KBF4. Τα σύνθετα υλικά χωρίστηκαν σε άνω και κάτω τμήματα. Ο χαρακτηρισμός των προϊόντων της διάβρωσης και οι τομές των διαβρωμένων δοκιμίων παρατηρήθηκαν με τη βοήθεια της Ηλεκτρονικής Μικροσκοπίας Σάρωσης (SEM). Τα αποτελέσματα των δοκιμών διάβρωσης έδειξαν ότι τα σύνθετα υλικά υποφέρουν από εκτεταμένη διάβρωση οπών σε περιβάλλον 3,5% w.t. NaCl. Η προσθήκη της ιπτάμενης τέφρας στο μητρικό υλικό οδήγησε σε διαφορετική ηλεκτροχημική συμπεριφορά συγκριτικά με το μονολιθικό Αl στο περιβάλλον 3,5% w.t. NaCl. Παράλληλα, στα σύνθετα υλικά που υποβλήθηκαν σε κυκλικές πολώσεις σε υδατικό διάλυμα 0.01 Μ NaOH, η κύρια μορφή διάβρωσης που επικράτησε είναι η γενική ή ομοιόμορφη. Η προσθήκη τέφρας σε ποσοστά 2.5%-7.5% κ.β. δεν φάνηκε να επηρεάζει σημαντικά την αντίσταση του αλουμινίου σε διάλυμα 0.01 Μ ΝaOH.
Institution and School/Department of submitter: Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων. Πολυτεχνική Σχολή. Τμήμα Μηχανικών Επιστήμης Υλικών
Subject classification: Αλουμίνιο
Keywords: Σύνθετα αλουμινίου,Ιπτάμενη τέφρα,Διάβρωση,Φθορά,Aluminum composites,Fly ash,Corrosion,Wear
URI: http://olympias.lib.uoi.gr/jspui/handle/123456789/29400
Appears in Collections:Διατριβές Μεταπτυχιακής Έρευνας (Masters)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Μ.Ε. ΚΑΛΑΝΤΖΗΣ ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΟΣ 2019.pdf31.65 MBAdobe PDFView/Open



 Please use this identifier to cite or link to this item:
http://olympias.lib.uoi.gr/jspui/handle/123456789/29400
  This item is a favorite for 0 people.

Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.