انتشار مقاله عضو هیأت علمی گروه مهندسی مکانیک درباره بهبود خواص مکانیکی و الکتریکی نانوکامپوزیت آلومینیوم AA 1020 تقویت‌شده با گرافن اکساید به روش نورد تجمعی گرم

در این پژوهش، ورق‌های آلومینیوم AA 1020 در دمای ۳۸۰ درجه سانتی‌گراد و با کاهش ضخامت ۵۰ درصد در هر پاس تحت فرآیند نورد تجمعی قرار گرفتند. پیش از هر مرحله نورد، امولسیون گرافن اکساید به‌صورت بین‌لایه‌ای بر سطح ورق‌ها پاشش شد تا         ساختارهای لایه‌ای GO/Al تولید شود.

نتایج نشان داد که پس از چهار پاس، استحکام کششی کامپوزیت نسبت به نمونه اولیه فرآوری‌نشده حدود ۳۷٫۱ درصد و نسبت به نمونه ARB گرم بدون گرافن اکساید حدود ۶ درصد افزایش یافته است. همچنین بهبود هم‌زمان در ازدیاد طول و چگالی انرژی کرنشی مشاهده شد. بررسی‌های ریزساختاری و تحلیل شدت خاکستری تصاویر میکروسکوپی نشان داد که با افزایش تعداد پاس‌ها، توزیع گرافن اکساید در ضخامت نمونه یکنواخت‌تر شده و پس از چهار پاس، ۱۵ لایه غنی از GO در ساختار مشاهده می‌شود که با افزایش تعداد فصل مشترک‌ها در فرآیند ARB مطابقت دارد.

اندازه‌گیری مقاومت الکتریکی نشان داد که فرآیند ARB گرم در نمونه‌های بدون تقویت‌کننده موجب افزایش مقاومت الکتریکی می‌شود که ناشی از افزایش نابجایی‌ها، مرزدانه‌ها و لایه‌های اکسیدی بین‌سطحی است. با این حال، افزودن گرافن اکساید باعث کاهش مقاومت الکتریکی نسبت به نمونه‌های بدون GO شد که این امر به بهبود اتصال بین‌لایه‌ای و تشکیل مسیرهای رسانا نسبت داده می‌شود. این نتایج نشان‌دهنده قابلیت بالای فرآیند ARB گرم برای تولید نانوکامپوزیت‌های آلومینیومی تقویت‌شده با گرافن اکساید با ترکیبی مناسب از استحکام، شکل‌پذیری و عملکرد الکتریکی است.

Title

Enhanced Mechanical and Electrical Performance of Graphene Oxide Reinforced AA 1020 Aluminum Nanocomposites Fabricated via Hot Accumulative Roll Bonding

Abstract

Graphene-reinforced aluminum composites combine high strength with attractive electrical performance for advanced structural and functional uses. In this work, AA 1020 aluminum sheets were processed by hot accumulative roll bonding (ARB) at 380 °C with 50% thickness reduction per pass, while a graphene oxide (GO) emulsion was interlayer sprayed prior to rolling to fabricate GO/Al laminates. After four passes, the composite achieved 37.1% higher tensile strength than the unprocessed sheet and 6.0% higher strength than preheated ARB AA 1020 without GO at the same pass, together with improved elongation and strain energy density. Optical microscopy combined with image-based gray-scale intensity analysis showed that increasing the number of passes promoted a more uniform through-thickness GO distribution. Fifteen GO-rich planes were detected after four passes, consistent with ARB interface multiplication. Electrical resistance measurements indicated that hot ARB increased the resistance of unreinforced AA 1020 Al sheets due to process-induced defects and oxide layers, while incorporation of GO reduced resistance relative to unreinforced samples by improving conductive pathways and interlayer connectivity. These findings demonstrate that hot ARB is an effective and scalable method for producing GO-reinforced AA 1020 Al nanocomposites with enhanced mechanical and electrical properties.

Keywords Accumulative Roll Bonding (ARB); AA 1020 aluminum; Graphene Oxide (GO); Mechanical Properties; Electrical Resistance.

خاطر نشان می‌گردد این مقاله در فوریه سال ۲۰۲۶ در نشریهProceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part E: Journal of Process Mechanical Engineering  چاپ شده است..