مطالعه تجربی تاثیر سیکل سرمایشی و اصلاح سطحی فلز بر خواص خمشی کامپوزیت لایه ای آلومینیوم- اپوکسی/ الیاف بازالت

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی و علم مواد، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران

2 دانشیار، دانشکده مهندسی و علم مواد، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران

چکیده

در تحقیق حاضر، تاثیر سیکل سرمایشی بر خواص خمشی کامپوزیت لایه‌ای الیاف- فلز مورد مطالعه قرار گرفت. کامپوزیت لایه ای الیاف- فلز از دو لایه آلومینیوم 2024-T3 و یک لایه کامپوزیت زمینه اپوکسی تقویت شده با الیاف بازالت به روش لایه گذاری دستی ساخته شد. به منظور افزایش چسبندگی بین ورق آلومینیومی و کامپوزیت پلیمری، اصلاح سطحی آلومینیوم به روش های مکانیکی (سنباده زنی)، شیمیایی (حکاکی) و الکتروشیمیایی (آندایز) انجام پذیرفت. هر سیکل سرمایشی در مدت زمان 4 دقیقه بین دمای -40 °C و 25 °C انجام شد. خواص خمشی نمونه‌ها بعد از 15و 30 سیکل سرمایشی مورد ارزیابی قرار گرفت و با خواص خمشی نمونه های بدون سیکل سرمایشی مقایسه شد. با افزایش تعداد سیکل سرمایشی، در نمونه های با آلومینیوم اصلاح سطحی شده به روش آندایز، خواص خمشی ابتدا افزایش یافته و سپس کاهش یافت ولی برای نمونه های با آلومینیوم اصلاح سطحی شده به روش حکاکی، خواص خمشی رفتار کاهشی را نشان داد. در نمونه با اصلاح سطحی سنباده زنی، مدول و انرژی شکست ابتدا افزایش و سپس کاهش یافت، ولی استحکام خمشی سیر نزولی داشت. بررسی میکروسکوپی نیز نشان داد علت کاهش خواص خمشی برای نمونه های با آلومینیوم حکاکی شده و کاهش استحکام خمشی برای نمونه با آلومینیوم سنباده زده شده بعد از سیکل سرمایشی، تغییر مکانیزم شکست از شکست کامپوزیت به جدایش بین لایه های کامپوزیت است، در حالی که برای کامپوزیت های با آلومینیوم آندایز شده، این مکانیزم، شکست کامپوزیت بوده که با انجام سیکل سرمایشی تغییری نکرد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Experimental study of the effect of cryogenic cycling and metal surface treatment on flexural properties of aluminum- epoxy/basalt fibers laminate composite

نویسندگان [English]

  • Mehdi Abdollahi Azghan 1
  • Fardin Asghari Arpatappeh 1
  • Reza Eslami-Farsani 2
1 Faculty of Materials Science and Engineering, K. N. Toosi University of Technology, Tehran, Iran
2 Faculty of Materials Science and Engineering, K. N. Toosi University of Technology, Tehran, Iran
چکیده [English]

In this article, the effect of cryogenic cycling on flexural properties of fiber metal laminate (FML) has been investigated. This laminates were composed by two aluminum 2024-T3 plates and an epoxy matrix composite ply formed by four layers of basalt fibers by hand lay- up technique. Various surface treatments include mechanical (grinding), chemical (etching) and electrochemical (anodizing) were used for improving the adhesion between polymer composite layer and aluminum sheet. Each cryogenic cycle was carried out in 4 min and temperature range was between -40 °C and 25 °C. Flexural properties were evaluated on samples after 15 and 30 cycles and compared to non-exposed samples. While the cryogenic cycling decreased the flexural strength of the FML with etched aluminum, increasing at first, and then decreasing after a while was observed in the FML with anodized aluminum. About samples that the FML with grinded aluminum, both of flexural modulus and fracture energy increased at first and then decreased; while the flexural strength decreased continuously. Evaluation of optical microscope showed that the reason of decreasing in flexural properties about samples with etched aluminum and also decreasing in flexural strength for samples with grinded aluminum after cycles is changing in mechanism of failure from failure of composite to separation between layers of FML; while about FMLs with anodized aluminum, the only observed mechanism was failure of composite and it has not changed.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Fiber-metal laminate
  • Cryogenic cycling
  • Basalt fibers
  • surface treatment
  • Flexural properties