Modellazione statistica di Si

Jul 25, 2023

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 5416 (2023) Citare questo articolo

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Sono state studiate le proprietà di usura dei compositi ibridi a matrice di lega Al-Mg-Si realizzati con composti refrattari a base di Si (SBRC) derivati ​​​​da cenere di foglie di bambù (BLA) come rinforzo complementare con allumina. Il risultato sperimentale indica che la perdita di usura ottimale è stata ottenuta a velocità di scorrimento più elevate. Il tasso di usura dei compositi è aumentato con un aumento del BLA wt. %, con i compositi contenenti 4% SBRC da BLA + 6% allumina (B4) che mostrano la minima perdita di usura per le diverse velocità di scorrimento e carichi di usura considerati. Con l'aumento della percentuale in peso del BLA, il meccanismo di usura dei compositi era principalmente usura abrasiva. I risultati dell'ottimizzazione numerica utilizzando il design composito centrale (CCD) rivelano che con un carico di usura di 587,014 N, una velocità di scorrimento di 310,053 giri/min e un livello di composizione del riempitivo ibrido B4 rispettivamente, risposte minime nel tasso di usura (0,572 mm2/min), tasso di usura specifico (0,212 cm2/g.cm3) e la perdita da usura (0,120 g) si otterrebbero per il composito ibrido sviluppato basato su AA6063. I grafici di perturbazione indicano che la velocità di scorrimento ha un impatto maggiore sulla perdita di usura, mentre il carico di usura ha un impatto significativo sul tasso di usura e sul tasso di usura specifico.

I produttori sono costantemente alla ricerca di materiali con un buon rapporto resistenza/peso per applicazioni automobilistiche e aerospaziali. Per questo motivo, i materiali compositi, in particolare i compositi a matrice metallica di alluminio (AMMC) rinforzati con materiali sintetici come SiC, Al2O3 ecc., sono molto ricercati1. I compositi ibridi sono stati ampiamente utilizzati dai ricercatori per ottenere una migliore resistenza all'usura quando nella progettazione degli AMMC2 è stato utilizzato il rinforzo del particolato di Al2O3. Dal loro lavoro, gli autori3 hanno riferito che la percentuale in peso (% in peso) del rinforzo è il fattore più significativo che influenza il tasso di usura dei compositi da loro sviluppati. Hanno notato che il carico e la velocità di scorrimento seguivano contemporaneamente nell'ordine di classificazione dei significativi. I risultati di4 hanno concluso che i compositi ibridi sviluppati presentano un'eccellente resistenza all'usura rispetto rispettivamente alla lega di base e al composito monolitico. I risultati statistici ottenuti dalla matrice ortogonale utilizzando Taguchi per velocità di scorrimento, carico applicato, distanza di scorrimento e tasso di usura corroborano ulteriormente i risultati.

In studi precedenti, le bucce di riso (RH) sono state utilizzate con successo nella produzione di composti refrattari a base di Si (SBRC)5. È stato segnalato che questi composti refrattari contengono politipi SiC che possono fungere da materiali di rinforzo nella progettazione degli AMMC6. È stato riportato lo studio sul confronto del comportamento di usura e attrito della lega di matrice di alluminio (Al 7075) e del composito di matrice metallica di alluminio a base di carburo di silicio in condizioni asciutte a diverse distanze di scorrimento7. Dai risultati ottenuti hanno dimostrato che il tasso di usura degli AMMC rinforzati con SiC era di circa il 25–45%. D'altra parte, è stato osservato un miglioramento di circa il 14% nella resistenza all'usura quando il SiC è stato utilizzato come rinforzo nella progettazione dell'AMMC rispetto alla lega monolitica8.

In questo studio, tentiamo di utilizzare l'SBRC derivato da BLA come rinforzo complementare con l'allumina utilizzando il design composito centrale (CCD) per analizzare statisticamente, modellare e ottimizzare i risultati sperimentali. I risultati di questo studio contribuirebbero al database esistente sull’ottimizzazione di parametri di usura selezionati di composti refrattari a base di Si derivati ​​da foglie di bambù e lega di alluminio 6063 (AA6063) rinforzata con allumina.

AA 6063 (Al–Mg-Si) è il materiale di base utilizzato per questo studio, fornito sotto forma di lingotto da un fornitore locale. La composizione elementare è stata ottenuta utilizzando uno spettrometro a scintilla e il risultato è mostrato nella Tabella 1. I materiali di rinforzo utilizzati in questo studio sono allumina con un intervallo di dimensioni delle particelle di 30 µm e composti refrattari a base di Si (SBRC) derivati ​​dalla foglia di bambù con dimensione delle particelle < 60 µm. Il magnesio è stato utilizzato per migliorare la bagnabilità tra il materiale di base e i rinforzi. I dettagli sul percorso di sintesi per lo sviluppo dell'SBRC sono stati precedentemente riportati da5.