اصلاح الکترودهای جوشکاری مقاومتی به کمک نانوکامپوزیت مس-کاربید سیلیسیم

محققان کشورمان با همکاری دانشگاه علوم و فناوری پوهانگ کره جنوبی و پژوهشگاه مواد و انرژی، با استفاده از فناوری نانو، موفق به ساخت نانوکامپوزیت مس-کاربید سیلیسیم برای استفاده در الکترود جوشکاری مقاومتی شدند.

محققان کشورمان با همکاری دانشگاه علوم و فناوری پوهانگ کره جنوبی و پژوهشگاه مواد و انرژی، با استفاده از فناوری نانو، موفق به ساخت نانوکامپوزیت مس-کاربید سیلیسیم برای استفاده در الکترود جوشکاری مقاومتی شدند. این نانوکامپوزیت، استحکام و پایداری حرارتی بسیار بالایی را نسبت به الکترودهای معمول مورد استفاده در صنعت نشان می‌دهد و به دلیل استفاده از مواد ارزان قیمت، از هزینه ساخت پایینی برخوردار است.

از جمله ویژگی‌های لازم برای مواد مورد استفاده در ساخت الکترودهای جوشکاری مقاومتی، می‌توان به هدایت الکتریکی و حرارتی بالا، سختی و استحکام زیاد همراه با قابلیت تغییر فرم پلاستیک، دمای نرم شوندگی بالا و وجود تمایل کمتر نسبت به تشکیل آلیاژ با مواد جوشکاری اشاره کرد؛ به گونه ای که این مواد بتوانند عملکرد قابل قبول و طول عمر بالایی را در حین استفاده از خود نشان دهند. فلز مس، به دلیل انعطاف پذیری خوب، رسانش الکتریکی و گرمایی بالا و قیمت پایین، برای ساخت الکترودهای جوشکاری مقاومتی مناسب است اما این فلز بصورت خالص، استحکام مکانیکی پایینی دارد. برای بهبود سختی و حفظ هدایت حرارتی در الکترودهای موجود در بازار، عمدتا از آلیاژهای مس با درصد کمی عناصر آلیاژی مانند Cu-Cr-Zr و Cu-Cr-Be استفاده می‌شود. در این تحقیق با توجه به گران بودن آلیاژهای مورد استفاده در ساخت این الکترودها، قابلیت ساخت و جایگزینی نانوکامپوزیت مس تقویت شده با نانوذرات ارزان قیمت کاربید سیلیسیم مورد بررسی قرار گرفت.

این محققان در ابتدا بوسیله آسیاب مکانیکی پر انرژی، پودر نانو بلوری مس با توزیع یکنواخت نانوذرات کاربید سیلیسیم را تهیه نمودند و ساختار آن را مورد ارزیابی قرار دادند. در ادامه، ساخت نمونه‌های بالک نانوکامپوزیت بااستفاده از نانوپودر بلوری به روش پرس گرم صورت گرفت. در انتها، ریزساختار نانوکامپوزیت ساخته شده، مشخصه‌یابی شد. علاوه بر این، در راستای ارزیابی عملکرد این نانوکامپوزیت در شرایط کاری الکترودهای جوش مقاومتی، خواص مکانیکی نانوکامپوزیت در دمای اتاق و دماهای بالا به همراه هدایت الکتریکی آن مطالعه شد.

 

دکتر محمدرضا اکبرپور، عضو هیات علمی گروه مهندسی مواد دانشگاه مراغه، نتایج این تحقیق را اینگونه توضیح داد: «توزیع نسبتا یکنواخت نانوذرات SiC، پایداری حرارتی و ریزتر شدن اندازه دانه‌های مس درحضور نانوذرات، از دستاوردهای مهم این کار تحقیقاتی بود که در اثر فرایند ساخت حاصل شد. علاوه بر این، نتایج اندازه‌گیری خواص فشاری و ریزسختی در دمای محیط نشان داد که با ریز کردن ساختار دانه‌ها و افزودن نانوذرات (تا ۴ درصد حجمی)، افزایش قابل توجهی در استحکام تسلیم (پنج برابر) و سختی (سه برابر) نسبت به مس با دانه‌های میکرومتری حاصل می‌شود.»

به نقل از دکتر اکبرپور، وجود نانوذرات کاربید سیلیسیم در ساختار نانوکامپوزیت، با اتصال قوی به زمینه مس، باعث ممانعت از رشد دانه‌های فاز زمینه مس نانوبلوری در حین فرایند شکل دهی( پرس گرم) و در شرایط جوشکاری می‌شود که پیامد آن، افزایش شدید استحکام و مقاومت به سایش توسط مکانیزم استحکام بخشی حاصل از وجود نانوذرات در ریزساختار و استحکام بخشی مرزدانه‌ای است.

   

این نانوکامپوزیت می‌تواند درساخت الکترودهای جوشکاری که در سر ستون دستگاه جوش مقاومتی قرار می‌گیرند مورد استفاده واقع شود. جوشکاری مقاومتی، برای اتصال ورق‌های بدنه خودرو (ساخت مخزن سوخت، لوله اگزوز، اتصالات سقف) و در صنایع خانگی و تولیدات ساختمانی (ساخت ظروف استوانه‌ای شکل و محفظه فلزی رادیاتور شوفاژ فولادی و…) و در حیطه محدودتری در صنایع هواپیمایی کاربرد دارد.

نتایج این پژوهش که به دست دکتر محمدرضا اکبرپور و سایر همکارانشان انجام شده است در مجله Ceramics International (جلد ۴۰، ماه ژانویه، سال ۲۰۱۴، صفحات ۹۵۱ تا ۹۶۰) به چاپ رسیده است.