พฤติกรรมที่อุณหภูมิห้อง-สูงของวัสดุประกอบพื้นอะลูมิเนียมเสริมแรงด้วยผงซิลิคอนคาร์ไบด์ผลิตด้วยวิธีฉีดขึ้นรูปวัสดุผงและเผาผนึกสำหรับอุตสาหกรรมชิ้นส่วนยานยนต์

บทคัดย่อ

งานวิจัยนี้ ศึกษาการพัฒนาวัสดุเชิงประกอบพื้นอะลูมิเนียมเสริมแรงด้วยอนุภาคซิลิคอนคาร์ไบด์ที่ผลิตด้วยวิธีฉีดขึ้นรูปวัสดุผงเพื่อขยายขอบเขตการใช้งานทางวิศวกรรม เช่น ด้านอุตสาหกรรมชิ้นส่วนยานยนต์ โดยศึกษาผลกระทบของปริมาณการเติมอนุภาคเสริมแรง ขนาดผงอะลูมิเนียมและวิธีการเตรียมส่วนผสมผงวัสดุต่อสมบัติของวัสดุเชิงประกอบ เพื่อเลือกสภาวะการเตรียมวัสดุที่เหมาะสมสำหรับการทดสอบสมบัติความแข็งแรงดึงของวัสดุเชิงประกอบ ในการศึกษาวิจัยได้ทำการฉีดขึ้นรูปผงโดยใช้วัสดุพื้นเป็นโลหะผสมอะลูมิเนียม-ทองแดง ขนาดผง 36-130 ไมครอน และเสริมแรงด้วยอนุภาคซิลิคอนคาร์ไบด์ที่มีขนาดอนุภาคเฉลี่ย 18-21 ไมครอน ที่ปริมาณ 10 – 40 vol.% ขึ้นรูปชิ้นงานโดยใช้เครื่องฉีดขึ้นรูปแบบลูกสูบระดับห้องปฏิบัติการที่อุณหภูมิ 170oC จากนั้นเผาผนึกที่อุณหภูมิ 700-780oC จากผลการศึกษาวิจัยพบว่า โครงสร้างจุลภาคของวัสดุเชิงประกอบภายหลังการเผาผนึกประกอบไปด้วยเนื้อพื้นโลหะอะลูมิเนียมล้อมรอบด้วยอนุภาคซิลิคอนคาร์ไบด์ที่มีขนาดเล็กกว่ากระจายตัวอยู่โดยรอบ และพบรูพรุนเกิดร่วมกับกลุ่มของอนุภาคซิลิคอนคาร์ไบด์ เมื่อเพิ่มปริมาณอนุภาคซิลิคอนคาร์ไบด์จะมีแนวโน้มทำให้เกิดการรวมกลุ่มของอนุภาคซิลิคอนคาร์ไบด์มากขึ้นรวมถึงเกิดรูพรุนมากขึ้นด้วย ซึ่งส่งผลให้ค่าความหนาแน่นและความแข็งมีแนวโน้มลดลงเมื่อเติมอนุภาคซิลิคอนคาร์ไบด์มากกว่า 20 vol.% นอกจากนี้พบว่าการเตรียมส่วนผสมผงวัสดุโดยใช้ผงอะลูมิเนียมขนาดเล็กโดยกรองด้วยตะแกรงจะทำให้ผงวัสดุมีทองแดง แมกนีเซียมและออกซิเจนมากกว่าการใช้ผงอะลูมิเนียมขนาดใหญ่ ส่งผลทำให้เกิดเฟสของ MgAl2O4 Mg2Si และ Al2Cu ภายหลังการบ่มแข็งในปริมาณที่เด่นชัดกว่า แต่พบปัญหาการบิดเบี้ยวของชิ้นงาน ส่วนการเตรียมส่วนผสมผงวัสดุโดยการบดผสมเชิงกลจะช่วยลดอุณหภูมิการเผาผนึก แต่ให้ค่าความหนาแน่นและความแข็งลดลงเนื่องจากผงวัสดุมีขนาดใหญ่ขึ้น จากการศึกษาผลกระทบของการให้อุณหภูมิในระดับปานกลาง คือ 100 200 และ 300oC เป็นเวลา 10 และ 100 ชั่วโมง ต่อสมบัติความแข็งและความแข็งแรงดึงของวัสดุเชิงประกอบพื้นอะลูมิเนียมเสริมแรงด้วยอนุภาคซิลิคอนคาร์ไบด์พบว่า สมบัติความแข็งหลังผ่านการได้รับอุณหภูมิในช่วงระยะเวลาสั้นคือ 10 ชั่วโมง จะให้แนวโน้มค่าความแข็งเพิ่มขึ้นเมื่อเพิ่มระดับอุณหภูมิเนื่องจากการตกตะกอนของเฟสที่สองเพิ่มเติม มีค่าความแข็งเฉลี่ยสูงสุด 182.2 Hv และเมื่อวัสดุเชิงประกอบได้รับอุณหภูมิเป็นเวลานาน คือ 100 ชั่วโมง จะให้ค่าความแข็งที่มีแนวโน้มลดลงเมื่อเพิ่มระดับของอุณหภูมิเนื่องจากเกิด over-aging และมีความแข็งเฉลี่ยต่ำสุด 70.9 Hv นอกจากนี้เมื่อผ่านการได้รับอุณหภูมิ วัสดุเชิงประกอบมีค่าความแข็งแรงดึงเฉลี่ยในช่วง 108-192 MPa และมีแนวโน้มลดลงเมื่อเพิ่มระดับอุณหภูมิ เนื่องจากเกิดการหลุดหลวมของอนุภาคซิลิคอนคาร์ไบด์ออกจากเนื้อพื้นโลหะอะลูมิเนียม มีจุดเริ่มต้นของการแตกหักเนื่องจากกลุ่มอนุภาคซิลิคอนคาร์ไบด์ที่อยู่ร่วมกับรูพรุนในบริเวณใกล้ผิวของชิ้นงาน พบอนุภาคซิลิคอนคาร์ไบด์เกิดการหลุดหลวมออกจากเนื้อพื้น ทำให้เกิด microvoid ล้อมรอบอนุภาคซิลิคอนคาร์ไบด์บนพื้นผิวแตกหัก

คำสำคัญ