Un effetto sinergico sull'arricchimento del Mg

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 20053 (2022) Citare questo articolo

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Le leghe Mg-Al-Zn sono ampiamente preferite in molte applicazioni considerando le loro eccellenti proprietà di elevato rapporto rigidità/peso, leggerezza, elevato rapporto resistenza/peso, bassa densità, colabilità, proprietà meccaniche alle alte temperature, lavorabilità, elevata resistenza alla corrosione e ottimo smorzamento. Migliorare le proprietà di tali leghe è impegnativo a causa della loro struttura cristallina esagonale e di altri limiti di lega. Questo studio mira a sintetizzare la lega Mg-Al-Zn incorporando gli elementi di lega 8,3% in peso di Al, 0,35% in peso di Zn su magnesio puro (campione di controllo). Quindi sintetizzare il composito ibrido Mg-Al-Zn/BN/B4C rinforzando il B4C in tre proporzioni in peso (3% in peso, 6% in peso%, 9% in peso) insieme al lubrificante solido costante BN (3% in peso) attraverso un processo di stir casting. I campioni compositi ibridi sono stati caratterizzati e confrontati con le prestazioni del campione di controllo. I risultati rivelano che i campioni rinforzati con il 9% in peso di B4C hanno sovraperformato registrando un miglioramento della resistenza alla trazione del 28,94%, della resistenza alla compressione del 37,89%, della resistenza allo snervamento del 74,63% e della durezza del 14,91% rispetto al campione di controllo. Oltre a ciò, ha ridotto l'area di corrosione (37,81%) e ha notato cambiamenti trascurabili nella densità (aumentata dello 0,03%) e nella porosità (diminuita dello 0,01%) rispetto al campione di controllo. I campioni sono stati caratterizzati utilizzando apparecchi SEM, XRD ed EDAX.

I materiali a bassa densità stanno diventando sempre più diffusi nelle applicazioni automobilistiche, aerospaziali e marine a causa della loro minore densità e della maggiore efficienza energetica. Rispetto ad altri metalli e leghe, il magnesio e le sue leghe hanno guadagnato interesse grazie alle loro prestazioni meno dense e all'elevata resistenza alla compressione. Inoltre, il magnesio è riciclabile e la riduzione delle emissioni di CO2 rappresenta un altro motivo importante per soddisfare le applicazioni funzionali1. Nonostante le loro eccellenti proprietà fisiche, questi materiali hanno applicazioni limitate a causa della bassa resistenza, modulo e resistenza all'usura, sono altamente reattivi e hanno scarsa resistenza al creep alle alte temperature2. Questi svantaggi possono essere rimossi rispettando i metodi di lavorazione desiderati e aggiungendo elementi di lega o rinforzi3. Sulla base dei risultati presentati, ceramiche come carburo di silicio, ossido di alluminio, carburo di boro, nitruro di silicio, biossido di titanio, nitruro di alluminio, nitruro di titanio, ossido di Yettrio e carburo di titanio sono state utilizzate per rafforzare i particolati composti da compositi di magnesio4. Ceramica i rinforzi possono essere incapsulati con un materiale di matrice, il che comporta limitazioni. L'aumento della frazione in peso delle particelle ceramiche di rinforzo uniche nel materiale della matrice ha aumentato la durezza, la densità, la tenacità e la fragilità, ma è stata osservata una diminuzione della duttilità e della percentuale di allungamento5. Ciò è dovuto alla distribuzione omogenea dei particolati rinforzanti della lega matrice, mentre l'agglomerazione determina proprietà inferiori6. Gli studi della letteratura hanno determinato che l'inclusione del particolato ceramico secondario nel materiale madre rinforza il materiale attraverso una riduzione della granulometria, determina le proprietà meccaniche dei compositi e si afferma come composito ibrido. Sono stati condotti numerosi studi sulla sintesi di compositi ibridi di magnesio utilizzando diversi metodi di lavorazione e rinforzi7. L'approccio della metallurgia delle polveri è stato utilizzato per caratterizzare le prestazioni di usura dei compositi di magnesio. L'inclusione della grafite ha esteso la resistenza all'usura delle miscele ibride e ha ridotto le proprietà di microdurezza8. Il metodo di agitazione semisolido è stato impiegato per sviluppare il comportamento dinamico a trazione dei nanocompositi ibridi di magnesio. È stato osservato che l'indurimento dovuto alla velocità di deformazione era distinto a diverse temperature quando per il rinforzo venivano utilizzati SiC su scala nanometrica e MWCNT9. L'inclusione di particelle di SiC ha migliorato efficacemente il tasso di usura dei compositi sintetizzati grazie al rinforzo delle fibre corte e dei compositi fusi utilizzando il metodo di fusione a compressione10. La metallurgia liquida è stata utilizzata per sviluppare le proprietà meccaniche del carburo di boro e i complessi misti di magnesio rinforzati della grafite. L'incorporazione della grafite nella lega della matrice determina una diminuzione delle caratteristiche di usura11. La microstruttura e le proprietà fisiche dei compositi ibridati con alluminio sono state esaminate utilizzando diboruro di titanio e nitruro di boro come parti rinforzanti, con l'inclusione di BN avente lo scopo principale di migliorare la bagnabilità migliorando al tempo stesso la resistenza all'usura12. Sulla base della letteratura, si è concluso che la densità ha influenzato significativamente la scelta del rinforzo per la sintesi dei compositi ibridi in lega di magnesio. In caso contrario, la densità di tali combinazioni aumenterebbe e non corrisponderebbe alle proprietà di riduzione del peso per le applicazioni funzionali13. Nell'ambito dello studio innovativo proposto, sono stati scelti rinforzi ceramici con materiali a bassa densità per il continuo sviluppo di compositi ibridi in lega di magnesio. È stato eseguito uno studio della letteratura per il divario esplicativo della ricerca e sono state riassunte alcune implicazioni per questo studio. Le leghe Mg-Al-Zn hanno una struttura cristallina esagonale, che influenza proprietà fondamentali come tenacità, flessibilità e altre proprietà. A parte questo, l’energia superficiale di questo materiale è elevata rispetto ad altri materiali leggeri come l’alluminio o lo zinco. Tuttavia, ha meno resistenza alla corrosione e all’usura rispetto all’alluminio. È stato inoltre osservato che nelle leghe di magnesio, il 10% in peso di Al migliora la resistenza alla trazione, la durezza e la colabilità aumentando il rafforzamento della soluzione solida, e lo 0,35% di Zn forma fasi MgZn2 lungo i bordi dei grani, con conseguente eccellente indurimento per invecchiamento e si è scoperto che fornisce caratteristiche migliorate . Tuttavia, l'aggiunta di elementi di lega è limitata alla lega base di magnesio, poiché è parte integrante della compatibilità ambientale del materiale14. È stato dimostrato che solo l’aggiunta di particelle di rinforzo ceramiche come boruri, carburi e nitruri migliora le proprietà delle leghe Mg-Al-Zn. Si è riscontrato che mancano ulteriori indagini sulla bagnabilità del carburo di boro e del nitruro di boro con leghe Mg-Al-Zn come particelle rinforzate con particolato per il consolidamento dei compositi ibridati. Poiché il magnesio è altamente reattivo e forma ossido di magnesio quando esposto all'atmosfera, costituisce uno dei principali inconvenienti di tali leghe. Si prevedeva che aggiungendo un rinforzo a bassa densità a una combinazione di materiali di base diversi, la densità dei compositi sarebbe stata ripristinata e le sue proprietà meccaniche notevolmente migliorate15. Un'analisi letterale ha rilevato che l'inclusione del rinforzo B4C di diverse dimensioni delle particelle si traduce in una maggiore resistenza meccanica del materiale. Tuttavia, il rinforzo del BN è limitato nonostante abbia una densità inferiore rispetto a B4C16. Ha inoltre dedotto che il carburo di boro e il nitruro di boro non erano stati ampiamente studiati come particelle rinforzate dal particolato per consolidare il composito ibrido a base di lega Mg-Al-Zn. I particolati consigliati per il rinforzo hanno una densità inferiore di 2,5 g/cm3 e 2,1 g/cm3 per il carburo di boro e il nitruro di boro rispetto ad altri rinforzi ceramici. Aggiungendo questa combinazione di rinforzo in diversi materiali di base, la densità del materiale finale (composito) è stata ripristinata e le sue proprietà meccaniche sono state ulteriormente migliorate. Gli effetti rafforzano le proprietà della lega Mg-Al-Zn (91,35% in peso di magnesio puro, 8,3% in peso di alluminio, 0,35% in peso di zinco) rinforzando B4C a tre livelli (3% in peso, 6% in peso, 9% in peso) con costante lubrificante solido BN del 3% in peso. non è stato ancora segnalato finora. Poiché il BN è lamellare in una struttura come il bisolfuro di molibdeno e la grafite, e rispetto a questi, è un lubrificante solido migliore. A causa di questo fattore, il BN è preferito come rinforzo secondario e il suo peso percentuale è mantenuto costante nella presente indagine. Pertanto, questo lavoro di ricerca affronta la sintesi, la caratterizzazione e il test di campioni di compositi ibridi Mg-Al-Zn/BN/B4C e il confronto delle loro prestazioni con quelli sintetizzati come lega Mg-Al-Zn fusa (campioni di controllo).