Modélisation statistique du Si

Jul 25, 2023

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 5416 (2023) Citer cet article

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Les propriétés à l'usure des composites hybrides à matrice d'alliage Al-Mg-Si fabriqués avec des composés réfractaires à base de Si (SBRC) dérivés de cendre de feuille de bambou (BLA) comme renforcement complémentaire avec de l'alumine ont été étudiées. Le résultat expérimental indique qu'une perte d'usure optimale a été obtenue à une vitesse de glissement plus élevée. Le taux d'usure des composites augmente avec l'augmentation du poids de BLA. %, les composites contenant 4 % de SBRC de BLA + 6 % d'alumine (B4) présentant la moindre perte d'usure pour les différentes vitesses de glissement et charges d'usure considérées. Avec l'augmentation du pourcentage en poids de BLA, le mécanisme d'usure des composites était principalement une usure abrasive. Les résultats d'optimisation numérique utilisant la conception composite centrale (CCD) révèlent qu'à une charge d'usure de 587,014 N, une vitesse de glissement de 310,053 tr/min et un niveau de composition de charge hybride B4 respectivement, des réponses minimales en termes de taux d'usure (0,572 mm2/min), de taux d'usure spécifique (0,212 cm2/g.cm3) et une perte d'usure (0,120 g) seraient obtenues pour le composite hybride développé à base d'AA6063. Les tracés de perturbation indiquent que la vitesse de glissement a plus d'impact sur la perte par usure, tandis que la charge d'usure a un impact significatif sur le taux d'usure et le taux d'usure spécifique.

Les fabricants sont constamment à la recherche de matériaux présentant un bon rapport résistance/poids pour les applications automobiles et aérospatiales. Pour cela, les matériaux composites, notamment les composites à matrice métallique aluminium (AMMC) renforcés de matériaux synthétiques tels que SiC, Al2O3 etc., sont très recherchés1. Les composites hybrides ont été largement utilisés par les chercheurs pour obtenir une meilleure résistance à l’usure lorsque le renforcement particulaire d’Al2O3 a été utilisé dans la conception des AMMC2. D'après leurs travaux, les auteurs3 ont rapporté que le pourcentage en poids (% en poids) du renforcement est le facteur le plus important influençant le taux d'usure des composites qu'ils ont développés. Ils ont noté que la charge et la vitesse de glissement suivaient simultanément dans l’ordre de signification. Les résultats de 4 concluent que les composites hybrides développés présentent une excellente résistance à l'usure par rapport à l'alliage de base et au composite monolithique respectivement. Les résultats statistiques obtenus à partir du réseau orthogonal utilisant Taguchi pour la vitesse de glissement, la charge appliquée, la distance de glissement et le taux d'usure corroborent davantage les résultats.

Dans des études antérieures, les balles de riz (RH) ont été utilisées avec succès dans la production de composés réfractaires à base de Si (SBRC)5. Il a été rapporté que ces composés réfractaires contiennent des polytypes SiC qui peuvent servir de matériaux de renforcement dans la conception des AMMC6. L'enquête sur la comparaison du comportement à l'usure et au frottement de l'alliage à matrice d'aluminium (Al 7075) et du composite à matrice métallique en aluminium à base de carbure de silicium dans des conditions sèches à différentes distances de glissement a été rapportée7. Ils ont montré à partir de leurs résultats que le taux d’usure des AMMC renforcés de SiC était d’environ 25 à 45 %. D’autre part, une amélioration d’environ 14 % de la résistance à l’usure a été observée lorsque le SiC était utilisé comme renfort dans la conception de l’AMMC par rapport à un alliage monolithique8.

Dans cette étude, nous tentons d'utiliser le SBRC dérivé du BLA comme renforcement complémentaire avec de l'alumine en utilisant une conception composite centrale (CCD) pour analyser statistiquement, modéliser et optimiser les résultats expérimentaux. Les résultats de cette étude contribueraient à la base de données existante sur l'optimisation de paramètres d'usure sélectionnés des composés réfractaires à base de Si dérivés de feuilles de bambou et d'alliage d'aluminium 6063 (AA6063) renforcé d'alumine.

AA 6063 (Al – Mg-Si) est le matériau de base utilisé pour cette étude, fourni sous forme de lingot par un fournisseur local. La composition élémentaire a été obtenue à l'aide d'un spectromètre à étincelles et le résultat est présenté dans le tableau 1. Les matériaux de renforcement utilisés dans cette étude sont de l'alumine avec une plage granulométrique de 30 µm et des composés réfractaires à base de Si (SBRC) dérivés de feuilles de bambou avec taille des particules < 60 µm. Le magnésium a été utilisé pour améliorer la mouillabilité entre le matériau de base et les renforts. Les détails sur la voie de synthèse pour le développement du SBRC ont déjà été rapportés par5.