بررسي ريز ساختاري آلياژهاي آلومينيوم

- مورد آزمايش

اين گزارش شامل نتايج بررسي ریزساختاری  انجام شده بر روي سه عدد نمونه آلومینیومی می باشد.

2- جنس نمونه ها

بر طبق گزارش دريافت شده حدود ترکیب شیمیایی سه عدد نمونه در جدول(1) ارائه شده است.

3- آزمايشهاي انجام شده

-        بررسيهاي ريزساختاري با ميكروسكوپ نوري

-        اندازه گيري فازهای ثانویه با استفاده از نرم افزار

4- مقدمه

 تکنیک های آماده سازی و بررسی ریزساختاری آلیاژهای آلومینیوم به دلیل داشتن رنج وسیع از ترکیب شیمیایی و سختی بسیار متنوع و متفاوت می باشد. به دلایل زیر آلیاژهای نرمتر دشواری بیشتری در حین آماده سازی مکانیکی ایجاد می نمایند.

(1) دفورمگی ایجاد شده درحین برشکاری و سنباده زنی در این آلیاژها بیشتر است.

(2) چسبیدن ذرات ساینده به سطح نمونه در طول پروسه پولیشینگ محتمل می باشد.

(3) به وجود آمدن برجستگی های ناشی از تفاوت سختی بین ذرات فاز ثانویه و زمینه

 آماده سازی در نمونه های سخت تر نیز به دلیل حضور فازهای متعدد و پیچیدگی های ساختاری مشکلات خود را به همراه دارد، کما اینکه ترفندهایی جهت زدودن چنین مشکلاتی وجود دارد.

در آلیاژهای آلومینیوم امکان بروز پدیده بازیابی در دماهای پایین مانند 150 تا 250 درجه که به سرعت از عملیاتهای برشکاری ،سنباده زنی و مانت کردن ناشی می شود، وجود خواهد داشت. این تغییرات به جز در موارد حاد به ندرت با میکروسکپ های نوری قابل مشاهده می باشند ولی به هر حال این موارد تغییراتی را در میکروساختار به وجود می آورند که با میکروسکپ الکترونی قابل بررسی خواهند بود.

5- آماده سازی جهت بررسی های میکروسکپی

مقطع زنی (sectioning) : درحین برشکاری نباید تغییرات ریزساختاری و یا آرایش اتمی در سطح نمونه ایجاد شود. به این منظور از روشهای استانداردی مانند برش با اره،کاتر، قیچی اره نواری و ... می توان استفاده کرد . در این قسمت به دلیل به وکود آمدن دفورمگی در سطح برش ، این منطقه توسط سنباده زنی مرطوب باید از بین رود. افزایش دمای فلز اشتباهاتی را در بررسی ها به وجود می آورد که باید از آن اجتناب کرد. در آلیاژهای آلومینیوم کار شده به جهت تعیین اندازه دانه باید مقاطعی انتخاب شوند که در جهت اصلی کار سرد قرار دارند زیرا در این آلیازها دانه های هم محور به ندرت یافت می شوند.

مانت کردن (mounting) : مانت کردن در پلاستیک به شکل یک قطعه گرد پروسه مورد قبول می باشد، مگر اینکه اندازه نمونه برای در دست گرفتن به قدر کافی بزرگ  باشد. مشکلات عمده در رابطه با انتخاب روش مانت متاثر از (1) نیاز به نگهداری لبه نمونه ها  (2) نیاز به اتصال هادی جریان الکتریسیته (3) نیاز به مانت نمونه های ورقی نازک می باشد.

مواد مانت نباید آنقدر سخت باشد که از پولیشینگ جلوگیری کند و نه آنقدر نرم که باعث گرد شدن لبه نمونه ها گردد.

سنباده زنی (grinding) :  با استفاده از کاغذ های سنباده از جنس SiC به ترتیب از شماره های 180 و 220 و320 و 400 و 600 و 800 و1000 سطح نمونه مسطح می گردد. کاغذ سنباده های 800 و 1000  به عنوان مرحله fine grinding  و به ترتیب معادل خمیر الماس 5 و 10 میکرون می باشند، با این تفاوت که دفورمگی ایجاد شده در سطح در صورت استفاده از این گرید کاغذ سنباده ها کاهش و صافی سطح نهایی  بهتری نسبت به استفاده از خمیر الماس به وجود می آورند که در نتیجه آن عملیات مرحله پولیشینگ تسهیل می گردد. پاشش آب در تمامی مراحل به عنوان سردکننده الزامی می باشد. و نیز نمونه بعد از هر مرحله به جهت جلوگیری از انتقال ذرات ربز مواد ساینده به خوبی با آب شسته می شود. در آلیاژهای نرمتر آلومینیوم مواد ساینده می توانند به راحتی در سطح نمونه وارد شوند به منظور جلوگیری از این مشکل استفاده از نفت سفید یا با پارافین و یا بدون پارافین  بر روی کاغذ سنباده ها در حین عملیات سنباده زنی توصیه می گردد.

پولیش مکانیکی (mechanical polishing ) :  پولیش مکانیکی در دو مرحله نرم و زبر انجام می شود.

پولیش زبر ( rough polishing) : استفاده از سوسپانسیون AL2O3 مش 600 با ترکیب 50 گرم پودر در 500 میلی لیتر آب مقطر بر روی نمدی از جنس پارچه بیلیارد و استفاده از خمیر الماس 6 و 3 و 1 میکرون ( بسته به مراحل استفاده شده در سنباده زنی نهایی ) بر روی یک نمد با پرزهای کوتاه هم می تواند صورت پذیرد. در هر مورد زمان و فشار زیاد باعث گرد شدن لبه های نمونه و برجسته شدن اجزا سازنده میکروساختار خواهد شد. الماس به دو صورت اسپری و یا خمیر می تواند مورد استفاده قرار گیرد. در طول پروسه پولیش کاری با خمیر الماس استفاده از یک روان کننده پایه نفت یا روغن و یا محلول پروپیلن گلیکول بر روی نمد پولیش توصیه می شود. در این مورد پروپیلن گلیکول عمومیت بیشتری دارد. سرعت چرخش دیسک بین 500 تا 700  دور در دقیقه می باشد. زمان مناسب جهت عملیات پولیش کاری زبر 1 تا 2 دقیقه می باشد. نمونه پس از عملیات پولیش زبر کاملا با آب یا تمیز کننده التراسونیک از مواد ساینده ریز تمیز می گردد.

پولیش نهایی ( final polishing) : پولیش نهایی آلومینیوم و آلیاژهای آن معمولا با استفاده از یک پودر اکسید منیزیم خالص و گرید بالا به همراه آب مقطر یا آب دی یونیزه شده بر روی یک نمد با پرز کوتاه یا متوسط انجام می پذیرد. سوسپانسیون اکسید SiO2 در آب مقطر نیز به صورت تجارتی در دسترس و قابل مهیا می باشد. اندازه ذرات سیلیس 0.04 میکرون و کمی خاصیت اسیدی دارد. یکی از مزیت های استفاده از SiO2 این است که به صورت سوسپانسیون باقی مانده و ته نشین نخواهد شد.

باید توجه داشت که بعد از هر مرحله پولیش کاری به جهت جلوگیری از تشکیل ترکیبات سخت، نمد پولیش بایستی به سرعت شسته شود. سرعت چرخش دیسک 350 دور در دقیقه در این مرحله موفقیت آمیز بوده است. در این مرحله میزان پاشش آب به تدریج افزایش و فشار اعمالی کاهش می یابد. ذرات باقی مانده بر روی سطح با کشیدن یک دستمال به آرامی بر روی سطح  و در نهایت شستشو با آب گرم و خشک کردن از بین خواهد رفت.

6- بررسی های میکروساختاری (Microexamination) : معمولا بررسی های نوری بر روی نمونه پولیش شده توصیه می شود. زیرا اچ کردن باعث کدر شدن و در نتیجه مخفی ماندن جزییاتی مانند ترک های ریز، ناخالصی های غیر فلزی و .. خواهد شد. جدول (2) لیست اچانت های متداول در بررسی های میکروساختاری آلیاژهای آلومینیوم تجاری موجود می باشد.

7- اچ کردن جهت شناسایی فازها (Etching for identification of phases) : اچ می تواند یکی از اثرات زیر را ایجاد نماید:

(1) هیچ تاثیری بر روی فاز ثانویه یا زمینه نداشته باشد.

(2) افزایش کانتراست فازهای ثانویه با استفاده از خاصیت نرخ متفاوت در خوردن فاز ثانویه و زمینه، بدون ایجاد تغییر رنگ در فازها.

(3) تیره کردن فاز ثانویه و حفره زایی در سطح و در نهایت انحلال کامل فاز ثانویه و تفییر رنگ فازها به رنگ تیره.

(4) ترکیب اثرات 2 و3 و ایجاد یک فیلم سطحی کدر بر روی فاز ثانویه که باعث تغییر رنگ کامل می شود.

8- میکروساختارهای آلیاژهای آلومینیوم (Microstructures of aluminum alloys) : آلومینیوم و آلیاژهای آن به دو دسته اصلی تقسیم بندی می شوند:

(1) کار شده       (2) ریخته گری

هر یک از این دو طبقه بندی با توجه به ترکیب شیمیایی به تقسیمات بیشتری کلاسه بندی می شوند.

10- بررسی فازهای موجود

طبق آنالیز شیمیایی گزارش شده سه عنصر آلیاژی آلومینیوم، مس و منیزیم در ترکیب شیمیایی وجود دارند و احتمال وجود عنصر سیلیسیم نیز تائید شده است. با در نظر گرفتن شرایط فوق احتمال حضور فازهای زیر در میکروساختار وجود دارد.