Investigación del comportamiento al desgaste por deslizamiento en seco de materiales compuestos de matriz metálica AA5083/NANO-Al2O3
DOI:
https://doi.org/10.3989/revmetalm.213Palabras clave:
ANOVA, Material Compuesto de Matriz metálica, Nano-Al2O3, Desgaste por Deslizamiento, TaguchiResumen
Se ha estudiado el comportamiento tribológico de materiales compuestos de matriz metálica de aluminio (AA5083)/nano-Al2O3 con un porcentaje de refuerzo variable de 2, 4, 6 y 8% en peso de partículas de nano-Al2O3. Los compuestos Al/nano-Al2O3 se prepararon utilizando una ruta de colada por agitación. Las imágenes de microscopía electrónica de barrido (MEB) de los materiales sugirieron una dispersión casi uniforme de las nanopartículas en la matriz de Al. El comportamiento al desgaste por deslizamiento se estudió utilizando un banco de pruebas pin-on-disc. El plan de experimentos tuvo como referencia la matriz ortogonal L25 de Taguchi utilizando tres parámetros de proceso en cinco niveles, a saber, porcentaje en peso de refuerzo, carga aplicada y distancia de deslizamiento. Los resultados obtenidos revelan que los materiales compuestos reforzados con nanopartículas presentan una mejor resistencia al desgaste. Mientras que la gráfica de efectos principales sugirió que el desgaste aumenta con un aumento en la carga, la distancia de deslizamiento y disminuye con un aumento en el porcentaje de refuerzo. El análisis de varianza (ANOVA) ilustró que la distancia de deslizamiento fue el parámetro más significativo. La morfología de la superficie desgastada del espécimen probado, bajo la condición de carga más alta, reveló la ocurrencia de un fenómeno de desgaste abrasivo.
Descargas
Citas
Archard, J.F. (1953). Contact and Rubbing of Flat Surfaces. J. Appl. Phys. 24, 981-988. https://doi.org/10.1063/1.1721448
ASTM G99 (2017). Standard Test Method for Wear Testing with a Pin-on-Disk Apparatus. ASTM International, West Conshohocken, PA, USA.
ASTM E10 (2018). Standard Test Method for Brinell Hardness of Metallic Materials. ASTM International, West Conshohocken, PA, USA.
Azimi, A., Shokuhfar, A., Nejadseyfi, O., Fallahdoost, H., Salehi, S. (2015). Optimizing consolidation behavior of Al 7068-TiC nanocomposites using Taguchi statistical analysis. Trans. Nonferrous Met. Soc. China 25 (8), 2499-2508. https://doi.org/10.1016/S1003-6326(15)63868-7
Basavarajappa, S., Chandramohan, G., Paulo Davim, J. (2007). Application of Taguchi techniques to study dry sliding wear behaviour of metal matrix composites. Mater. Design 28 (4), 1393-1398. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2006.01.006
Casati, R., Vedani, M. (2014). Metal matrix composites reinforced by Nano-Particles-A review. Metals 4 (1), 65-83. https://doi.org/10.3390/met4010065
Cavdar, U., Gezici, L.U., Gul, B., Avyaz, M., (2020). Microstructural properties and tribological behaviours of Ultra-High frequency induction rapid sintered Al-WC composites. Rev. Metal. 56 (1), e163.
Çömez, N. (2021) Wear behavior and corrosion properties of Age-hardened AA2010 aluminum alloy. Rev. Metal. 57 (3), e201. https://doi.org/10.3989/revmetalm.201
Ekka, K.K., Chauhan, S.R., Varun (2014). Dry Sliding Wear Characteristics of SiC and Al2O3 Nanoparticulate Aluminium Matrix Composite Using Taguchi Technique. Arab. J. Sci. Eng. 40 (2), 571-581. https://doi.org/10.1007/s13369-014-1528-2
Ekka, K.K., Chauhan, S.R., Varun (2015). Dry Sliding Wear Characteristics of SiC and Al2O3 Nanoparticulate Aluminium Matrix Composite Using Taguchi Technique. Arab. J. Sci. Eng. 40, 571-581. https://doi.org/10.1007/s13369-014-1528-2
El-Kady, E.-S., Khalil, T., Tawfeek, T. (2015). Experimental Investigations towards Optimization of the Parameters for Wear Loss Quantities in A356/Al2O3 Nanocomposites. Am. J. Mater. Eng. Technol. 3 (1), 1-6.
Essa, F.A., Elsheikh, A.H., Yu, J., Elkady, O.A., Saleh, B. (2021). Studies on the effect of applied load, sliding speed and temperature on the wear behavior of M50 steel reinforced with Al2O3 and / or graphene nanoparticles. J. Mater. Res. Technol. 12, 283-303. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2021.02.082
Ezatpour, H.R., Sajjadi, S.A., Sabzevar, M.H., Huang, Y. (2014). Investigation of microstructure and mechanical properties of Al6061-nanocomposite fabricated by stir casting. Mater. Design 55, 921-928. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2013.10.060
Ezatpour, H.R., Torabi Parizi, M., Sajjadi, S.A., Ebrahimi, G.R., Chaichi, A. (2016). Microstructure, mechanical analysis and optimal selection of 7075 aluminum alloy based composite reinforced with alumina nanoparticles. Mater. Chem. Phys. 178, 119-127. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2016.04.078
Gargatte, S., Upadhye, R.R., Dandagi, V.S., Desai, S.R., Waghamode, B.S. (2013). Preparation & Characterization of Al-5083 Alloy Composites. JMMCE 1 (1), 8-14. https://doi.org/10.4236/jmmce.2013.11002
Idrisi, A.H., Mourad, A.H.I., Thekkuden, D.T., Christy, J.V. (2018). Wear behavior of AA 5083/SiC nano-particle metal matrix composite: Statistical analysis. IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 324, 012087. https://doi.org/10.1088/1757-899X/324/1/012087
Jenczyk, P., Grzywacz, H., Milczarek, M., Jarzabek, D.M. (2021) Mechanical and Tribological Properties of Co-Electrodeposited Particulate-Reinforced Metal Matrix Composites: A Critical Review with Interfacial Aspects. Materials 14 (12), 3181. https://doi.org/10.3390/ma14123181 PMid:34207739 PMCid:PMC8229049
Jeyasimman, D., Sivasankaran, S., Sivaprasad, K., Narayanasamy, R., Kambali, R.S. (2014). An investigation of the synthesis, consolidation and mechanical behaviour of Al 6061 nanocomposites reinforced by TiC via mechanical alloying. Mater. Design 57, 394-404. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2013.12.067
Joshua, K.J., Vijay, S.J., Selvaraj, D.P. (2018). Effect of nano TiO2 particles on microhardness and microstructural behavior of AA7068 metal matrix composites. Ceram. Int. 44 (17), 20774-20781. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2018.08.077
Kim, K.T., Cha, S. Il, Hong, S.H. (2007). Hardness and wear resistance of carbon nanotube reinforced Cu matrix nanocomposites. Mater. Sci. Eng. A 449-451, 46-50. https://doi.org/10.1016/j.msea.2006.02.310
Kok, M. (2005). Production and mechanical properties of Al2O3 particle-reinforced 2024 aluminium alloy composites. J. Mater. Process. Technol. 161 (3), 381-387. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2004.07.068
Kumar, H., Chaudhari, G.P. (2014). Creep behavior of AS41 alloy matrix nano-composites. Mater. Sci. Eng. A 607, 435-444. https://doi.org/10.1016/j.msea.2014.04.020
Kumar, C.A.V., Rajadurai, J.S. (2016). Influence of rutile (TiO2) content on wear and microhardness characteristics of aluminium-based hybrid composites synthesized by powder metallurgy. Trans. Nonferrous Met. Soc. China 26 (1), 63-73. https://doi.org/10.1016/S1003-6326(16)64089-X
Kumar, R.A., Devaraju, A., Arunkumar, S. (2018). Experimental Investigation on Mechanical Behaviour and Wear Parameters of TiC and Graphite Reinforced Aluminium Hybrid Composites. Mater. Today-Proc. 5 (6), 14244-14251. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2018.03.005
Ma, P., Jia, Y., Gokuldoss, P. konda, Yu, Z., Yang, S., Zhao, J., Li, C. (2017). Effect of Al2O3 nanoparticles as reinforcement on the tensile behavior of Al-12Si composites. Metals 7 (9), 359. https://doi.org/10.3390/met7090359
Mobasherpour, I., Tofigh, A.A., Ebrahimi, M. (2013). Effect of nano-size Al2O3 reinforcement on the mechanical behavior of synthesis 7075 aluminum alloy composites by mechanical alloying. Mater. Chem. Phys. 138 (2-3), 535-541. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2012.12.015
Mousavian, R.T., Behnamfard, S., Heidarzadeh, A., Taherkhani, K., Khosroshahi, R.A., Brabazon, D. (2021) Incorporation of SiC Ceramic Nanoparticles into the Aluminum Matrix by a Novel Method: Production of a Metal Matrix Composite. Met. Mater. Int. 27, 2968-2976. https://doi.org/10.1007/s12540-019-00604-9
Moustafa, E., Khalil, A., Haitham, A., Hefni, M., Mosleh, A.O. (2021). Microstructure, Hardness, and Wear Behavior Investigation of the Surface Nanocomposite Metal Matrix Reinforced by Silicon Carbide and Alumina Nanoparticles. J. Miner. Metal Mater. Eng. 7, 57-62.
Narasimha Murthy, I., Venkata Rao, D., Babu Rao, J. (2012). Microstructure and mechanical properties of aluminum-fly ash nano composites made by ultrasonic method. Mater. Design 35, 55-65. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2011.10.019
Padhi, P., Kar, S. (2011). A novel route for development of bulk Al/SiC metal matrix nanocomposites. J. Nanotechnol. ID 413512. https://doi.org/10.1155/2011/413512
Pang, X., Xian, Y., Wang, W., Zhang, P. (2018). Tensile properties and strengthening effects of 6061Al/12wt.%B4C composites reinforced with nano-Al2O3 particles. J. Alloys Compd. 768, 476-484. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2018.07.072
Raturi, A., Mer, K.K.S., Kumar Pant, P. (2017). Synthesis and characterization of mechanical, tribological and micro structural behaviour of Al 7075 matrix reinforced with nano Al2O3 particles. Mater. Today-Proc. 4 (2), 2645-2658. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2017.02.139
Ray, V.K., Padhi, P., Jha, B.B., Sahoo, T.K. (2015). Wear characteristics of pure aluminium, al-alloy & al-alumina metal mtrix nano composite in dry condition: Part-I. IJRET 4 (7), 17-25. https://doi.org/10.15623/ijret.2015.0407004
Shivakumar, N., Vasu, V., Narasaiah, N., Kumar, S. (2015). Synthesis and Characterization of Nano-sized Al2O3 Particle Reinforced ZA-27 Metal Matrix Composites. Procedia Materials Science 10, 159-167. https://doi.org/10.1016/j.mspro.2015.06.037
Siddesh Kumar, N.G., Ram Prabhu, T., Shiva Shankar, G.S., Basavarajappa, S. (2016). Dry sliding wear properties of unhybrid and hybrid Al alloy based nanocomposites. Tribol. - Mater. Surf. Interfaces 10 (3), 138-149. https://doi.org/10.1080/17515831.2016.1247132
Singh, R.K., Kumar, D., Kumar, A. (2015). Wear Behavior of Al-SiC-Cu Metal Matrix Composites Prepared by Stir Casting and Optimization by using Taguchi Method. J. Material Sci. Eng. 4 (5), 1-4. https://doi.org/10.4172/2169-0022.1000185
Somani N., Gupta N.K., (2021). Effect of TiC nanoparticles on microstructural and tribological properties of Cu-TiC nano-composites. Proc. Inst. Mech. Eng. B: J. Eng. Manuf. 236 (4), 319-336. https://doi.org/10.1177/09544054211029828
Srivyas, P.D., Charoo, M.S. (2018). Role of Fabrication Route on the Mechanical and Tribological Behavior of Aluminum Metal Matrix Composites - A Review. Mater. Today-Proc. 5 (9), 20054-20069. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2018.06.372
Tu, J.P., Rong, W., Guo, S.Y., Yang, Y.Z. (2003). Dry sliding wear behavior of in situ Cu-TiB2 nanocomposites against medium carbon steel. Wear 255 (7-12), 832-835. https://doi.org/10.1016/S0043-1648(03)00115-7
Yao, Y.T., Jiang, L., Fu, G.F., Chen, L.Q. (2015). Wear behavior and mechanism of B4C reinforced Mg-matrix composites fabricated by metal-assisted pressureless infiltration technique. Trans. Nonferrous Met. Soci. China 25 (8), 2543-2548. https://doi.org/10.1016/S1003-6326(15)63873-0
Publicado
Cómo citar
Número
Sección
Licencia
Derechos de autor 2022 Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC)
![Creative Commons License](http://i.creativecommons.org/l/by/4.0/88x31.png)
Esta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución 4.0.
© CSIC. Los originales publicados en las ediciones impresa y electrónica de esta Revista son propiedad del Consejo Superior de Investigaciones Científicas, siendo necesario citar la procedencia en cualquier reproducción parcial o total.Salvo indicación contraria, todos los contenidos de la edición electrónica se distribuyen bajo una licencia de uso y distribución “Creative Commons Reconocimiento 4.0 Internacional ” (CC BY 4.0). Puede consultar desde aquí la versión informativa y el texto legal de la licencia. Esta circunstancia ha de hacerse constar expresamente de esta forma cuando sea necesario.
No se autoriza el depósito en repositorios, páginas web personales o similares de cualquier otra versión distinta a la publicada por el editor.