تبدیل ضایعات صنعتی مواد به آلیاژ کامپوزیتی

امروزه بازیافت ضایعات صنعتی نه تنها یک ضرورت زیست‌محیطی، بلکه یک فرصت طلایی برای تولید مواد پیشرفته است. این پژوهش با استفاده از فناوری زینترینگ، خاکستر آلومینیوم—که معمولاً یک زباله خطرناک محسوب می‌شود—را به آلیاژهای کامپوزیتی با استحکام بالا تبدیل کرده است. نتایج نشان می‌دهد که افزودن 20% خاکستر آلومینیوم می‌تواند مقاومت کششی را تا 25% افزایش دهد و در عین حال، بار آلودگی محیط زیست را کاهش دهد.

 آیا این همان انقلاب سبز در مهندسی مواد است؟

• به راستی چه میشد اگر هر تُن ضایعات صنعتی، نه یک تهدید زیست‌محیطی، بلکه یک منبع ارزشمند باشد؟ اینجا جایی است که علم مواد، آلومینیوم بازیافتی را به آلیاژهای فوق‌مقاوم تبدیل می‌کند!

تحقیقات نشان داده که خاکستر آلومینیوم—که روزی ماده‌ای خطرناک و بی‌فایده تلقی میشد—امروز با فناوری زینترینگ میتواند استحکام آلیاژها را تا ۲۵% افزایش دهد! اما معجزه واقعی چیست؟ همزمانی نجات محیط زیست و خلق مواد پیشرفته!

• رقم‌های کلیدی که صنعت را متحول می‌کنند:

✔ افزایش ۱۵ تا ۲۵ درصدی مقاومت کششی

✔ صرفه‌جویی ۱۰ درصدی در هزینه‌های تولید

✔ کاهش ۳۰ درصدی پسماندهای صنعتی

آینده صنعت سبز از همین امروز آغاز شده است.

آیا شما هم آماده پیوستن به این انقلاب مواد هستید؟

اهمیت جهانی بازیافت مواد زائد صنعتی

در سطح جهانی، تقاضا برای فرآیندهای تولیدی کارآمد که شامل بازیافت مواد زائد صنعتی به منظور کاهش اثرات زیست‌محیطی می‌شوند، به طور فزاینده‌ای در حال رشد است. توسعه کامپوزیت‌های جدید با معرفی محصولات جانبی مانند خاکستر آلومینیوم در آلیاژهای فلزی، مفاهیم جالبی برای کاهش تأثیرات نامطلوب بر خواص مواد نهایی ارائه کرده است. مطالعات اخیر نشان می‌دهد که تکنیک‌های زینترینگ برای تهیه آلیاژهای کامپوزیتی با خواص مکانیکی و حرارتی بهبودیافته بسیار مؤثر هستند .

کاربردهای آلیاژ A365 و پتانسیل بهبود آن

آلیاژهای آلومینیوم مانند A365 به دلیل ویژگی‌های منحصر به فردی نظیر نسبت استحکام به وزن بالا، مقاومت در برابر خوردگی و هدایت حرارتی خوب، کاربردهای گسترده‌ای در صنایع مختلف دارند. تحقیقات نشان می‌دهد که افزودن مواد ثانویه مانند خاکستر آلومینیوم می‌تواند این ویژگی‌ها را به طور قابل توجهی بهبود بخشد .خاکستر ناشی از صنایع ذوب آلومینیوم حاوی اکسیدها و ترکیبات مشابهی است که می‌توانند در اصلاح خواص مکانیکی و حرارتی آلیاژهای کامپوزیتی مفید باشند.

یافته‌های تحقیقاتی در زمینه بهبود کامپوزیت‌ها

متخصصان صنعت معتقدند که افزودن خاکستر آلومینیوم به آلیاژ A365 می‌تواند ویژگی‌های عملکردی آن را تحت تنش در دماهای بالا بهبود بخشد. مطالعات متعدد دیگری نیز به بررسی بهبودهای مشابه در مواد کامپوزیتی پرداخته‌اند:

– گوپتا و همکاران: تأثیر ذرات سیلیمانیت/روتیل بر ماتریس‌های آلومینیومی را بررسی کردند و بهبود قابل توجهی در خواص مکانیکی و هدایت حرارتی مشاهده شد.

– مهوی رادان و همکاران روش‌های تقویت با الیاف کربن را مورد مطالعه قرار دادند.

– ناندا و همکاران: تأثیر خاکستر بادی را بر بهبود عملکرد سایشی و ویژگی‌های ساختاری آلومینیوم ارزیابی کردند.

این یافته‌ها نشان می‌دهند که مواد تقویت‌کننده متعدد می‌توانند عملکردی مشابه کامپوزیت‌های آلومینیومی با استحکام بالا داشته باشند و آن‌ها را برای نیازهای صنعتی مناسب سازند

• این پژوهش به بررسی کاربرد روش‌های زینترینگ برای تبدیل خاکستر آلومینیوم به آلیاژ A365 به منظور بهبود رفتار مکانیکی و مقاومت در برابر خوردگی کامپوزیت آلومینیومی می‌پردازد. تحقیق حاضر با انجام آزمایش‌های مکانیکی، شیمیایی، مقاومت به خوردگی و بررسی ریزساختار، اثربخشی تولید کامپوزیت‌های آلومینیومی باکیفیت حاوی خاکستر صنعتی را ارزیابی کرده است.
• این مطالعه دانش موجود در زمینه آلیاژهای آلومینیومی را ارتقا می‌دهد، چرا که پژوهش‌های جاری به شدت بر بهبود استحکام، عمر خستگی و ویژگی‌های ازدیاد طول متمرکز هستند. این تحقیق هم مزایای زیست‌محیطی ناشی از استفاده از خاکستر آلومینیوم و هم کیفیت عملکردی بالاتر آلیاژهای آلومینیومی مناسب برای پیشرفت‌های صنعتی را ارائه می‌دهد.

روش انجام:

1. تهیه نمونه‌ها:
   • آلیاژ پایه A365 با مقادیر مختلف خاکستر آلومینیوم (10%، 20% و 30% وزنی) ترکیب شد.
2. نمونه‌ها تحت فشار هیدرولیک به شکل استوانه‌ای قالب‌گیری و در دمای 500°C زینتر شدند.آزمایش‌ها:
   • خواص مکانیکی: مقاومت کششی، ازدیاد طول و عمر خستگی با دستگاه UTM اندازه‌گیری شد.
   • آنالیز شیمیایی: تغییرات پیوندهای شیمیایی با طیف‌سنجی FTIR بررسی گردید.
   • مقاومت به خوردگی: آزمون پتانسیواستات در محلول 3.5% NaCl انجام شد.
   • ریزساختار: توزیع ذرات و زبری سطح با میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) تحلیل شد.

3. نتایج کلیدی:

1. بهبود استحکام کششی:
   • افزودن 10% خاکستر آلومینیوم به آلیاژ A365، استحکام کششی را 15% افزایش داد (از 240 به 260 مگاپاسکال).
   • افزودن 20% خاکستر، استحکام کششی را 25% بهبود بخشید (به 275 مگاپاسکال).
   • بیشترین استحکام کششی (290 مگاپاسکال) با 30% خاکستر به دست آمد، اما کاهش جزئی در شکل‌پذیری (ازدیاد طول) مشاهده شد.
2. مقاومت به خستگی:
   • 20% خاکستر بهینه‌ترین مقدار برای مقاومت به خستگی بود و چرخه‌های شکست را افزایش داد.
   • افزودن 30% خاکستر باعث کاهش جزئی مقاومت به خستگی شد، احتمالاً به دلیل ایجاد ناهمگنی در ریزساختار.
3. تغییرات شیمیایی (FTIR):
   • تشکیل پیوندهای Al-O و Si-O در کامپوزیت تأیید شد که نشان‌دهنده بهبود پایداری شیمیایی است.
   • افزایش درصد خاکستر، جذب این پیوندها را تقویت کرد.
   • بیشترین کاهش در چگالی جریان خوردگی (I_corr) با 30% خاکستر مشاهده شد.
4. ریزساختار (AFM):
   • توزیع یکنواخت ذرات خاکستر در ماتریس آلیاژ منجر به کاهش تخلخل و افزایش چگالی شد.
   • 30% خاکستر بیشترین یکنواختی در توزیع ذرات را ایجاد کرد

1. بهبود خواص مکانیکی:
   • افزودن 20% خاکستر، مقاومت کششی را 25% افزایش داد (از 240 به 275 مگاپاسکال).
   • نمونه با 30% خاکستر به حداکثر مقاومت کششی (290 مگاپاسکال) رسید، اما انعطاف‌پذیری آن کاهش یافت.
2. مقاومت به خوردگی:

1. • با افزایش خاکستر، چگالی جریان خوردگی (I_corr) کاهش یافت که نشان‌دهنده بهبود مقاومت در محیط‌های خورنده است. افزودن خاکستر آلومینیوم مقاومت به خوردگی را در محیط NaCl 3.5% بهبود بخشید.

1. تغییرات ریزساختار:
   • توزیع یکنواخت ذرات خاکستر در ماتریس آلیاژ، تخلخل را کاهش و چگالی را افزایش داد.

 

• نتیجه‌گیری و کاربردها

• بهینه‌ترین ترکیب: نمونه حاوی 20% خاکستر با بهبود همزمان مقاومت مکانیکی، عمر خستگی و مقاومت به خوردگی، برای کاربردهای صنعتی مناسب است.
• مزایای زیست‌محیطی: بازیافت خاکستر آلومینیوم، ضایعات صنعتی را تا 30% کاهش می‌دهد.

• پیشنهادات آینده:

• • مطالعه تأثیر خاکستر در محدوده 20-30% برای یافتن نقطه بهینه.
  • بررسی پایداری حرارتی کامپوزیت در شرایط عملیاتی.

جمع‌بندی تبدیل ضایعات صنعتی

این پژوهش نشان داد که استفاده از خاکستر آلومینیوم به عنوان ماده تقویت‌کننده در آلیاژ A365، نه تنها خواص فنی را بهبود می‌بخشد، بلکه راهکاری پایدار برای مدیریت ضایعات صنعتی ارائه می‌دهد. نتایج می‌تواند در صنایع خودروسازی، هوافضا و ساخت‌وساز مورد استفاده قرار گیرد.