Development and mechanical characterization of aluminum(Al) hybrid nanocomposite reinforced with alumina (Al2O3) and graphene oxide (GO).

Development and mechanical characterization of aluminum(Al) hybrid nanocomposite reinforced with alumina (Al2O3) and graphene oxide (GO). Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img]
Preview
PDF
Final thesis.pdf

Download (4MB) | Preview

Arabic Abstract

مركبات مصفوفة الألمنيوم هي واحدة من مركبات مصفوفة المعادن الأكثر استخدامًا في العديد من التطبيقات مثل الطائرات، والصناعات الإلكترونية ، والسيارات ، والفضاء بسبب قوتها العالية إلى نسبة الوزن، والمتانة، والصلابة الهيكلية ومقاومة الاحتكاك العالية. ومع ذلك ، نظرًا لصلادتها المنخفضة ومقاومة التآكل المنخفضة ، فإن استخدامها محدود في التطبيقات الصعبة خاصة في البيئات القاسية. لذلك ، قمنا في هذا البحث بتطوير مركب نانو هجين من الألمنيوم مدعم بالألومينا وأكسيد الجرافين ، للحصول على مركب هجين مع أفضل الخصائص الفردية لكل من التعزيزات المستخدمة. ركزت الدراسة على تحسين نسب محتويات الألومينا وأكسيد الجرافين في مركب الألومنيوم باستخدام طريقة ضغط المسحوق (التلبيد) وتقنية سبارك بلازما والذي ستضفي خصائص ميكانيكية وحرارية جيدة مثل الصلابة العالية، قوة الضغط، التدفق الحراري والتمدد الحراري. ايضا تم استخدام اجهزه مخبريه ذات تقنية عالية لدراسة مورفولوجيا العينات المطورة كالماسح الضوئي التفاضلي والمتقدم، اشعة اكس، جهاز الطيف الضوئي ومجهر رامان. في المرحلة الأولى من المشروع كان التركيز على الحصول على افضل الخواص الميكانيكية والحرارية من خلال استخدام نسب مختلفة من الألومينا (10%، 20%،30 %) والتي كانت متوفرة في نسبة الألومينا ذات الحجم 10%. في المرحلة الثانية من المشروع، تم تطوير مركب الومنيوم نانوي هجين باستخدام نسبة الحجم المثالي من الألومينا المنتجة في المرحلة الاولى مع نسب مختلفة من اكسيد الجرافين(0.25%، 0.50%، 1%) للحصول على مركب نهائي ذات خصائص ميكانيكية وحرارية عالية فيما أظهرت النتائج ان مركب الألومنيوم الهجين ذا النسب (0.25% من اكسيد الجرافين و10% من الألومينا ) اثبت نسبة تحسن بمقدار 13% في الصلابة ونسبة 30% في قوة الضغط مقارنه مع مركب الألومنيوم الذي يحتوي فقط على 10% من حجم الألومينا، كما اثبتت النتائج بأنه اقل نسبة تمدد حراري مقارنة مع المركبات المنتجة.

English Abstract

Aluminum matrix nanocomposites are one of the most frequently used metal matrix composites in several applications like aircraft, electronic industry, automobile, and aerospace due to their high strength to weight ratio, durability, structural rigidity and high corrosion resistance. However, owing to their low hardness and low wear resistance, their usage is limited in demanding applications especially in harsh environment. So, in this research, we developed an aluminum hybrid nanocomposite reinforced with alumina (Al2O3) and graphene oxide (GO), to obtain a hybrid nanocomposite with the best of the individual properties of both reinforcements. The focus of the study was to optimize the Al2O3 and GO contents in the composite that will impart a good mechanical and thermal properties such as high hardness, compressive strength, heat flow and thermal expansion. In this research, powder metallurgy technique and Spark Plasma Sintering were used to develop the hybrid nanocomposite samples. Differential scanning calorimetry (DSC) was used to examine the role of reinforcements on the thermal properties of the aluminum matrix. Characterization techniques such as FESEM, EDS, XRD and Raman spectroscopy were used to investigate the morphology of the developed samples. In the first phase, different volume percents of alumina (10%, 20%, 30%) were used as a reinforcement to prepare with (Al-X%Al2O3) nanocomposites to get the optimum volume percent of Al2O3 resulting in a good mechanical properties, which was found to be 10 vol% of Al2O3. In the second phase, a hybrid nanocomposite was developed by reinforcing the Al-10% Al2O3 with different weight percents ( 0.25%, 0.5%, 1% ) of GO to obtain the optimum nanocomposite with improved mechanical/thermal properties. Results revealed that the (Al-10 vol%Al2O3 -0.25wt.%) GO hybrid nanocomposite showed the highest improvement of 13% in hardness and the highest improvement of 30% in compressive strength as compared to the (Al-10 vol% Al2O3) nanocomposite. Moreover, the hybrid nanocomposite (Al-10% Al2O3-0.25%) GO also showed the lowest thermal expansion.

Item Type: Thesis (Masters)
Subjects: Mechanical
Department: College of Engineering and Physics > Mechanical Engineering
Committee Advisor: Abdulsamad, Mohammed
Committee Members: Toor, Ihsan and Mahmoud, Morsi
Depositing User: TAWFEEQ ALAHMARI (g201304750)
Date Deposited: 27 Aug 2020 06:24
Last Modified: 31 Dec 2020 06:44
URI: https://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/141705