Un effet synergique sur l'enrichissement du Mg

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 20053 (2022) Citer cet article

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Les alliages Mg – Al – Zn sont largement préférés dans de nombreuses applications en raison de leurs excellentes propriétés de rapport rigidité/poids élevé, de légèreté, de rapport résistance/poids élevé, de faible densité, de coulabilité, de propriétés mécaniques à haute température, d'usinabilité, de haute résistance à la corrosion et excellent amortissement. L'amélioration des propriétés de ces alliages est un défi en raison de leur structure cristalline hexagonale et d'autres limitations d'alliage. Cette étude vise à synthétiser l'alliage Mg – Al – Zn en incorporant les éléments d'alliage 8,3 % en poids d'Al, 0,35 % en poids de Zn sur du magnésium pur (échantillon témoin). Synthétisez ensuite le composite hybride Mg-Al-Zn/BN/B4C en renforçant le B4C dans trois proportions en poids (3 % en poids, 6 % en poids, 9 % en poids) ainsi que du lubrifiant solide constant BN (3 % en poids) via un processus de coulée sous agitation. Les échantillons composites hybrides ont été caractérisés et comparés aux performances de l’échantillon témoin. Les résultats révèlent que les échantillons renforcés à 9 % en poids de B4C ont surperformé en enregistrant une amélioration de la résistance à la traction de 28,94 %, de la résistance à la compression de 37,89 %, de la limite d'élasticité de 74,63 % et de la dureté de 14,91 % par rapport à l'échantillon témoin. En dehors de cela, il a réduit la zone de corrosion (37,81 %) et a remarqué des changements négligeables de densité (augmentée de 0,03 %) et de porosité (diminuée de 0,01 %) par rapport à l'échantillon témoin. Les échantillons ont été caractérisés à l'aide des appareils SEM, XRD et EDAX.

Les matériaux à faible densité sont de plus en plus répandus dans les applications automobiles, aérospatiales et marines en raison de leur efficacité énergétique moins dense et plus élevée. Comparés à d’autres métaux et alliages, le magnésium et ses alliages ont gagné en intérêt en raison de leurs performances moins denses et de leur résistance élevée à la compression. De plus, le magnésium est recyclable et la réduction des émissions de CO2 est une autre raison importante pour remplir des applications fonctionnelles1. Malgré leurs excellentes propriétés physiques, ces matériaux ont des applications limitées en raison de leur faible résistance, module et résistance à l'usure, sont très réactifs et ont une faible résistance au fluage à haute température2. Ces inconvénients peuvent être éliminés en adhérant aux méthodes de traitement souhaitées et en ajoutant des éléments d’alliage ou des renforts3. Sur la base des résultats présentés, des céramiques telles que le carbure de silicium, l'oxyde d'aluminium, le carbure de bore, le nitrure de silicium, le dioxyde de titane, le nitrure d'aluminium, le nitrure de titane, l'oxyde de yétrium et le carbure de titane ont été utilisées pour renforcer les particules composées de composites de magnésium4.Céramique les renforts peuvent être encapsulés avec un matériau de matrice, ce qui entraîne des limitations. L'augmentation de la fraction pondérale des particules de renforcement céramiques uniques dans le matériau de la matrice a augmenté la dureté, la densité, la ténacité et la fragilité, mais une diminution de la ductilité et du pourcentage d'allongement a été observée5. Cela est dû à la distribution homogène des particules renforçantes de l'alliage matriciel, tandis que l'agglomération entraîne des propriétés inférieures6. Les études de la littérature ont déterminé que l'inclusion de particules céramiques secondaires dans le matériau d'origine renforce le matériau grâce à une réduction de la taille des grains, détermine les propriétés mécaniques des composites et est affirmée comme un composite hybride. De nombreuses études ont été menées sur la synthèse de composites hybrides de magnésium en utilisant différentes méthodes de transformation et renforts7. L’approche de la métallurgie des poudres a été utilisée pour caractériser les performances à l’usure des composites de magnésium. L'inclusion de graphite a prolongé la résistance à l'usure des mélanges hybrides et réduit les propriétés de microdureté8. La méthode d’agitation semi-solide a été utilisée pour développer le comportement dynamique en traction des nanocomposites hybrides de magnésium. Il a été observé que la vitesse de durcissement était distincte à différentes températures lorsque le SiC nanométrique et le MWCNT étaient utilisés pour le renforcement9. L'inclusion de particules de SiC a effectivement amélioré le taux d'usure des composites synthétisés grâce au renforcement des fibres courtes et des composites coulés à l'aide de la méthode de moulage par compression10. La métallurgie liquide a été utilisée pour développer les propriétés mécaniques du carbure de bore et les complexes de mélange de magnésium renforcé du graphite. L'incorporation de graphite dans l'alliage matriciel entraîne une diminution des caractéristiques d'usure11. La microstructure et les propriétés physiques des composites hybrides d'aluminium ont été examinées en utilisant du diborure de titane et du nitrure de bore comme éléments de renforcement, l'inclusion du BN ayant pour objectif principal d'améliorer la mouillabilité tout en améliorant la résistance à l'usure. Sur la base de la littérature, il a été conclu que la densité a influencé de manière significative le choix du renforcement pour la synthèse de composites hybrides en alliage de magnésium. Dans le cas contraire, la densité de telles combinaisons augmenterait et ne correspondrait pas aux propriétés de réduction de poids pour les applications fonctionnelles13. Dans le cadre de l'étude innovante proposée, des renforts céramiques avec des matériaux de faible densité ont été choisis pour la poursuite du développement de composites hybrides en alliage de magnésium. Une étude de la littérature a été réalisée pour combler les lacunes de la recherche explicative, et certaines implications de cette étude ont été résumées. Les alliages Mg-Al-Zn ont une structure cristalline hexagonale, qui affecte les propriétés fondamentales telles que la ténacité, la flexibilité et d'autres propriétés. En dehors de cela, l’énergie de surface de ce matériau est élevée par rapport à d’autres matériaux légers comme l’aluminium ou le zinc. Pourtant, il présente moins de résistance à la corrosion et à l’usure que l’aluminium. Il a également été observé que dans les alliages de magnésium, 10 % en poids d'Al améliore la résistance à la traction, la dureté et la coulabilité en augmentant le renforcement en solution solide, et 0,35 % de Zn forme des phases MgZn2 le long des joints de grains, ce qui entraîne un excellent durcissement par vieillissement et offre des caractéristiques améliorées. . Cependant, l'ajout d'éléments d'alliage est limité à l'alliage de magnésium de base, car il fait partie intégrante de la compatibilité environnementale du matériau14. Il a été démontré que seul l’ajout de particules de renforcement céramiques telles que des borures, des carbures et des nitrures améliore les propriétés des alliages Mg-Al-Zn. Des recherches plus approfondies sur la mouillabilité du carbure de bore et du nitrure de bore avec les alliages Mg – Al – Zn en tant que particules renforcées en particules pour consolider les composites hybridés ont fait défaut. Étant donné que le magnésium est très réactif et forme de l'oxyde de magnésium lorsqu'il est exposé à l'atmosphère, il constitue un inconvénient majeur de ces alliages. Il était prévu qu'en ajoutant une faible densité de renfort à une combinaison de différents matériaux de base, la densité des composites était restaurée et ses propriétés mécaniques étaient considérablement améliorées15. Une analyse littérale a révélé que l'inclusion de renforts B4C de différentes tailles de particules entraîne une résistance mécanique plus élevée du matériau. Néanmoins, le renforcement du BN est limité malgré une densité inférieure à celle du B4C16. Il a également déduit que le carbure de bore et le nitrure de bore n'avaient pas fait l'objet d'études approfondies en tant que particules renforcées en particules pour consolider le composite hybride à base d'alliage Mg – Al – Zn. Les particules recommandées pour le renforcement ont une densité plus faible de 2,5 g/cm3 et 2,1 g/cm3 pour le carbure de bore et le nitrure de bore que les autres renforts céramiques. En ajoutant cette combinaison de renforts dans différents matériaux de base, la densité du matériau final (composite) a été restaurée et ses propriétés mécaniques encore améliorées. Les effets renforcent les propriétés de l'alliage Mg-Al-Zn (91,35 % en poids de magnésium pur, 8,3 % en poids d'aluminium, 0,35 % en poids de zinc) en renforçant le B4C à trois niveaux (3 % en poids, 6 % en poids, 9 % en poids) avec une constante lubrifiant solide BN de 3% en poids. n'a pas encore été signalé. Étant donné que le BN est lamellaire dans une structure comme le bisulfure de molybdène et le graphite, et par rapport à ceux-ci, c'est un meilleur lubrifiant solide. En raison de ce facteur, le BN est préféré comme renfort secondaire et son pourcentage de poids reste constant dans la présente étude. Par conséquent, cette recherche porte sur la synthèse, la caractérisation et les tests d’échantillons de composites hybrides Mg – Al – Zn / BN / B4C et sur la comparaison de leurs performances avec celles d’un alliage Mg – Al – Zn synthétisé sous forme moulée (échantillons de contrôle).