Fulltext

Fabrication, Characterization and Modeling of Al2o3/Ni Functionally Graded Materials

تصنيع , دراسة خواص ونمذجة مواد متدرجة بالخواص ذات اساس نيكل – الومينا

Alaa Abdulhasan Atiyah

Engineering and Technology Journal مجلة الهندسة والتكنولوجيا
ISSN: 16816900 24120758 Year: 2014 Volume: 32 Issue: 9 Part (A) Engineering Pages: 2286-2302
Publisher: University of Technology الجامعة التكنولوجية

Abstract

Functionally graded materials (FGMs), with ceramic and metallic constituents, are frequently used for tremendous high temperature applications. In this paper, six sets of FGMs samples were designed and fabricated using powder technology technique. All FGMs were sorted according to the conditions of sintering (i.e. temperature and time). The ceramic constituents were represented by (Al2O3) and the metallic constituents were represented by (Ni).It is found that as the sintering temperature and time increased, the apparent density was increased and porosity was reduced. (F-FGM, sintered at 1350°C for 3 hrs.) sample seems to impart high and slight linear graded microhardness across the layers without any obvious jumps throughout the thickness. The interfacial microhardness values were found very close to the bulk microhardness of adjacent layers. The reason behind such behavior is the minimum porosities and improved apparent density due to the efficient sintering practices (i.e. 1350°C and 3 hrs.) and uniform mutual diffusion of (Ni) and (Al2O3) particles across the layer interfaces. As the sintering time and temperature increase, the microstructure becomes much denser and the interfaces become more homogeneous that lead to eliminate the discontinuity in microstructure. A Finite element method throughout the COMSOL Multiphysicswas used extensively in estimation of temperature distribution through the thickness as well as residual stresses that induced as a result of high temperature loading of fabricated FGM. The model also shows aclear fluctuation of stresses along the thickness that imparts a development of stress concentration regions near the interfaces of layers, especially at the lower half region of FGM that was enriched by (Ni). Stresses clearly become normal variables with thickness at the upper half of FGM that enriched with (Al2O3).

المواد المتدرجه وظيفيا ( FGMs ) التي تتكون من المواد السيراميكيه والمعدنية التي كثيرا ما تستخدم في تطبيقات درجة الحرارة العاليه. في هذه البحث ، تم تصميم و تحضير ست مجموعات من عينات المواد المتدرجه بالخواص (FGMs) باستخدام تكنولوجيا المساحيق.إن مكونات الماده السيراميكيه ممثله بالألومينا (Al2O3) والمكونات المعدنيه متمثله بالنيكل .(Ni) لقد ثبت أن زيادة درجة حرارة وزمن التلبيد يعملان على زيادة الكثافه الظاهريه وتقليل نسبة المساميه.لقد اثبتت النتائج العمليه ان العينه F-FGM )التي تم تلبيدها بدرجة حرارة 1350 درجه مئويه وزمن 3 ساعات( قد اظهرت تدرجا خطيا واضحا وارتفاعا مرضيا في قراءات الصلادة الدقيقة بمقياس فيكرز عبر طبقات الماده. كما تم العثور على قيم الصلادة الدقيقة البينية (الحد الفاصل بين الطبقات) قريبة جدا من قيم الصلاده الدقيقه للطبقات المجاورة. ان الأسباب الكامنة وراء مثل هذا السلوك هي وجود الحد الادنى من نسبة المسامية والتحسن الجيد في قيم الكثافه الظاهريه في هذه العينه التي جاءت بسبب كفاءة التلبيد المعتمده في هذا البحث (C°1350 وزمن تلبيد 3 ساعه). كما تجدر الاشاره الى ان البنيه المجهريه تصبح اكثر كثافه والحدود الفاصله بين الطبقات تصبح اكثر تجانسيه مع زيادة درجة حرارة وزمن التلبيد. لقد تم ايضا استخدام طريقة العناصر المحدده وذلك من خلال برنامج الكومسول (COMSOL)الذي استخدمت نتائجه للتثبت من تدرج الخواص ودرجات الحراره بفعل التوصيل الحراري. كما تشير نتائج نمذجة الاجهادات الى وجود تذبذب في نتائج الاجهادات على طول سمك العينه (F) وخاصة في المناطق القريبه من الحدود الفاصله بين الطبقات وبالخصوص في الجزء الاسفل من الماده والغني بعنصر النيكل. بينما تبدو النتائج اكثر سلاسه وخطيه في الجزء العلوي الغني بمادة الالومينا.

Keywords

Al2O3/Ni functionally graded materials --- Design --- Fabrication and Characterization