Đặc điểm cơ học của hợp kim Mg-3Sn tăng cường bằng nanoplate graphene tổng hợp bằng công nghệ luyện bột

Metals - Tập 11 Số 1 - Trang 62
Pravir Kumar1, Kateřina Skotnicová2, Ashis Mallick1, Manoj Gupta3, Tomáš Čegan2, Jan Juřica2
1Department of Mechanical Engineering, Indian Institute of Technology (ISM) Dhanbad, Dhanbad, 826 004, India
2Faculty of Materials Science and Technology, VSB—Technical University of Ostrava, 70800, Ostrava, Czech Republic
3Department of Mechanical Engineering, National University of Singapore, Singapore 117576, Singapore

Tóm tắt

Nghiên cứu hiện tại đã điều tra tác động của việc hợp kim hóa và tăng cường nano đối với các tính chất cơ học (độ cứng vi mô, cường độ kéo, và cường độ nén) của các hợp kim và composite dựa trên Mg. Mg tinh khiết, hợp kim Mg-3Sn, và composite hợp kim Mg-3Sn + 0.2 GNP đã được tổng hợp bằng công nghệ luyện bột, sau đó là ép nóng. Các đặc điểm vi cấu trúc của các mẫu ép khối được nghiên cứu bằng phương pháp nhiễu xạ tia X, kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường, và kính hiển vi quang học, và các tính chất cơ học của chúng đã được so sánh. Độ cứng vi mô, cường độ kéo, và cường độ nén của hợp kim Mg-3Sn đã được cải thiện khi so với mẫu Mg đơn thể, và sự cải thiện hơn nữa đã được thể hiện ở composite hợp kim Mg-3Sn + 0.2 GNP. Không thấy sự thay đổi đáng kể về độ biến dạng nén đến khi đổ vỡ ở cả hai hợp kim và composite hợp kim so với mẫu Mg tinh khiết. Tuy nhiên, một sự cải thiện về độ biến dạng kéo đến khi đổ vỡ đã được thể hiện bởi cả hợp kim và composite hợp kim.

Từ khóa

#hợp kim Ma #độ cứng vi mô #cường độ kéo #cường độ nén #tăng cường nano #tinh thể graphene

Tài liệu tham khảo

Kainer, K.U. (2003). Magnesium Alloys and Technology, John Wiley & Sons.

Xu, 2015, A high-specific-strength and corrosion-resistant magnesium alloy, Nat. Mater., 14, 1229, 10.1038/nmat4435

Mallick, 2009, Grain size dependent tensile behavior of Mg–3% Al alloy at elevated temperatures, Mater. Sci. Eng. A, 515, 14, 10.1016/j.msea.2009.03.002

Zhang, 2006, Mechanical properties and damping capacity of magnesium matrix composites, Compos. Part A Appl. Sci. Manuf., 37, 2011, 10.1016/j.compositesa.2005.12.007

Manakari, V., Parande, G., and Gupta, M. (2017). Selective laser melting of magnesium and magnesium alloy powders: A review. Metals, 7.

Wong, 2016, High performance lightweight magnesium nano composites for engineering and biomedical applications, Nano World J., 2, 78

Ferguson, 2012, On the strength and strain to failure in particle-reinforced magnesium metal-matrix nanocomposites (Mg MMNCs), Mater. Sci. Eng. A, 558, 193, 10.1016/j.msea.2012.07.111

Kraus, 2012, Magnesium alloys for temporary implants in osteosynthesis: In vivo studies of their degradation and interaction with bone, Acta Biomater., 8, 1230, 10.1016/j.actbio.2011.11.008

Kirkland, N.T., and Birbilis, N. (2014). Magnesium Biomaterials: Design, Testing, and Best Practice, Springer International Publishing.

Yang, 2009, Review on research and development of magnesium alloys, Acta Met. Sin., 21, 313, 10.1016/S1006-7191(08)60054-X

Dieringa, 2011, Properties of magnesium alloys reinforced with nanoparticles and carbon nanotubes: A review, J. Mater. Sci., 46, 289, 10.1007/s10853-010-5010-6

Dieringa, H. (2018). Processing of magnesium-based metal matrix nanocomposites by ultrasound-assisted particle dispersion: A review. Metals, 8.

Mendis, C.L., and Hono, K. (2013). 4-Understanding precipitation processes in magnesium alloys. Fundam. Magnes. Alloy Metall., 125–151.

Seetharaman, 2015, Effect of erbium modification on the microstructure, mechanical and corrosion characteristics of binary Mg–Al alloys, J. Alloys Compd., 648, 759, 10.1016/j.jallcom.2015.05.284

Avedesian, M.M., and Baker, H. (1999). ASM Specialty Handbook: Magnesium and Magnesium Alloys, ASM International.

Chen, J.H., Shen, Y.C., Chao, C.G., and Liu, T.F. (2017). Wear Behavior and Microstructure of Mg-Sn Alloy Processed by Equal Channel Angular Extrusion. Materials, 10.

Liu, 2007, The microstructure, tensile properties, and creep behavior of as-cast Mg–(1–10)% Sn alloys, J. Alloys Compd., 440, 122, 10.1016/j.jallcom.2006.09.024

Huang, 2013, Effects of Sn segregation and precipitates on creep response of Mg-Sn alloys, Fatigue Fract. Eng. Mater. Struct., 36, 308, 10.1111/ffe.12000

Kang, 2005, Development of creep resistant die cast Mg–Sn–Al–Si alloy, Mater. Sci. Eng. A, 413, 555, 10.1016/j.msea.2005.09.022

Bowles, 2005, Investigations in the Magnesium-Tin system, Materials Science Forum, Volume 488, 135, 10.4028/www.scientific.net/MSF.488-489.135

Huang, 2014, Understanding effects of microstructural inhomogeneity on creep response–New approaches to improve the creep resistance in magnesium alloys, J. Magnes. Alloys, 2, 124, 10.1016/j.jma.2014.03.003

Parande, 2017, Enhancing the tensile and ignition response of monolithic magnesium by reinforcing with silica nanoparticulates, J. Mater. Res., 32, 2169, 10.1557/jmr.2017.194

Kujur, M.S., Mallick, A., Manakari, V., Parande, G., Tun, K.S., and Gupta, M. (2017). Significantly enhancing the ignition/compression/damping response of monolithic magnesium by addition of Sm2O3 nanoparticles. Metals, 7.

Tekumalla, 2018, A strong and deformable in-situ magnesium nanocomposite igniting above 1000 C, Sci. Rep., 8, 7308, 10.1038/s41598-018-25527-0

Ferkel, 2001, Magnesium strengthened by SiC nanoparticles, Mater. Sci. Eng. A, 298, 193, 10.1016/S0921-5093(00)01283-1

Labib, 2015, Impression creep behavior of extruded Mg–SiCp composites, Mater. Sci. Eng. A, 640, 91, 10.1016/j.msea.2015.05.090

Kumar, 2014, Creep behavior of AS41 alloy matrix nano-composites, Mater. Sci. Eng. A, 607, 435, 10.1016/j.msea.2014.04.020

Malaki, M., Xu, W., Kasar, A.K., Menezes, P.L., Dieringa, H., Varma, R.S., and Gupta, M. (2019). Advanced metal matrix nanocomposites. Metals, 9.

Papageorgiou, 2017, Mechanical properties of graphene and graphene-based nanocomposites, Prog. Mater. Sci., 90, 75, 10.1016/j.pmatsci.2017.07.004

Kumar, 2019, Effects of graphene nanoplatelets on the tribological, mechanical, and thermal properties of Mg-3Al alloy nanocomposites, Int. J. Mat. Res., 110, 534, 10.3139/146.111777

Hu, 2016, Graphene-reinforced metal matrix nanocomposites–a review, Mater. Sci. Technol., 32, 930, 10.1080/02670836.2015.1104018

Xiang, 2016, Graphene nanoplatelets induced heterogeneous bimodal structural magnesium matrix composites with enhanced mechanical properties, Sci. Rep., 6, 38824, 10.1038/srep38824

Rashad, 2015, Enhanced tensile properties of magnesium composites reinforced with graphene nanoplatelets, Mater. Sci. Eng. A, 630, 36, 10.1016/j.msea.2015.02.002

Kumar, 2018, Strength of Mg–3% Al alloy in presence of graphene nano-platelets as reinforcement, Mater. Sci. Technol., 34, 1086, 10.1080/02670836.2018.1424380

Kumar, 2020, Synthesis and analysis of Mg–3% Al alloy nanocomposites reinforced by RGO, Mater. Manuf. Process., 35, 1650, 10.1080/10426914.2020.1784927

Rashad, 2014, Powder metallurgy of Mg–1% Al–1% Sn alloy reinforced with low content of graphene nanoplatelets (GNPs), J. Ind. Eng. Chem., 20, 4250, 10.1016/j.jiec.2014.01.028

Munir, 2020, Graphene nanoplatelets-reinforced magnesium metal matrix nanocomposites with superior mechanical and corrosion performance for biomedical applications, J. Magnes. Alloys, 8, 269, 10.1016/j.jma.2019.12.002

Ratcliffe, 1965, The measurement of small density changes in solids, Br. J. Appl. Phys., 16, 1193, 10.1088/0508-3443/16/8/319

Thenambika, 2016, Impression creep behaviour of extruded Mg-Sn alloy, Int. J. Veh. Struct. Syst., 8, 174

Pekguleryuz, M.O., Kainer, K.U., and Kaya, A.A. (2013). Fundamentals of Magnesium Alloy Metallurgy, Woodhead Publishing Ltd.

Peng, 2015, Study on the mechanical properties of the novel Sn–Bi/Graphene nanocomposite by finite element simulation, J. Alloys Compd., 625, 44, 10.1016/j.jallcom.2014.11.110

Gupta, M., and Sharon, N.M.L. (2011). Magnesium, Magnesium Alloys, and Magnesium Composites, John Wiley & Sons.

Ahmad, 2016, Toughness enhancement in graphene nanoplatelet/SiC reinforced Al2O3 ceramic hybrid nanocomposites, Nanotechnology, 27, 425704, 10.1088/0957-4484/27/42/425704

Johanes, M., Tekumalla, S., and Gupta, M. (2019). Fe3O4 nanoparticle-reinforced magnesium nanocomposites processed via disintegrated melt deposition and turning-induced deformation techniques. Metals, 9.

Ceschini, L., Dahle, A., Gupta, M., Jarfors, A.E.W., Jayalakshmi, S., Morri, A., Rotundo, F., Toschi, S., and Singh, R.A. (2017). Aluminum and Magnesium Metal Matrix Nanocomposites, Springer.

Ogurtani, 2018, Wrinkling of graphene because of the thermal expansion mismatch between graphene and copper, Surf. Interface Anal., 50, 547, 10.1002/sia.6423

Saba, 2019, Reinforcement size dependence of mechanical properties and strengthening mechanisms in diamond reinforced titanium metal matrix composites, Compos. Part B Eng., 167, 7, 10.1016/j.compositesb.2018.12.014

Tun, K.S. (2009). Development and Characterization of New Magnesium Based Nanocomposites. [Ph.D. Thesis, National University of Singapore].

Sankaranarayanan, 2014, Nano-ZnO particle addition to monolithic magnesium for enhanced tensile and compressive response, J. Alloys Compd., 615, 211, 10.1016/j.jallcom.2014.06.163

Kujur, 2018, Enhancement of thermal, mechanical, ignition and damping response of magnesium using nano-ceria particles, Ceram. Int., 44, 15035, 10.1016/j.ceramint.2018.05.133