Si의 통계적 모델링

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 5416(2023) 이 기사 인용

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알루미나를 이용한 보완 강화재로 대나무 잎 재(BLA)에서 추출한 Si 기반 내화 화합물(SBRC)로 만든 Al-Mg-Si 합금 매트릭스 하이브리드 복합재의 마모 특성이 연구되었습니다. 실험 결과는 더 높은 슬라이딩 속도에서 최적의 마모 손실이 얻어졌음을 나타냅니다. BLA 중량이 증가함에 따라 복합재의 마모율이 증가했습니다. %, BLA의 4% SBRC + 6% 알루미나(B4)를 포함하는 복합재는 고려된 다양한 슬라이딩 속도와 마모 하중에 대해 가장 적은 마모 손실을 나타냅니다. BLA 중량 비율이 증가함에 따라 복합재의 마모 메커니즘은 대부분 연마 마모였습니다. CCD(중심 복합재 설계)를 사용한 수치 최적화 결과는 마모 하중 587.014N, 슬라이딩 속도 310.053rpm 및 B4 하이브리드 필러 조성 수준에서 각각 마모율(0.572mm2/min), 비마모율(0.212)에서 최소 응답을 나타냅니다. cm2/g.cm3) 및 마모 손실(0.120g)은 개발된 AA6063 기반 하이브리드 복합재료에 대해 얻을 수 있습니다. 교란 플롯은 슬라이딩 속도가 마모 손실에 더 많은 영향을 미치는 반면 마모 하중은 마모율 및 특정 마모율에 큰 영향을 미친다는 것을 나타냅니다.

제조업체는 자동차 및 항공우주 분야에서 우수한 강도 대 중량 비율을 갖는 재료를 끊임없이 찾고 있습니다. 이를 위해 복합 재료, 특히 SiC, Al2O3 등과 같은 합성 재료로 강화된 알루미늄 금속 매트릭스 복합 재료(AMMC)가 높은 인기를 얻고 있습니다1. AMMCs2의 설계에 Al2O3의 미립자 보강재를 사용할 때 향상된 내마모성을 달성하기 위해 연구자들이 하이브리드 복합재를 널리 사용했습니다. 저자들3은 강화재의 중량 백분율(wt.%)이 개발한 복합재의 마모율에 영향을 미치는 가장 중요한 요소라고 보고했습니다. 그들은 하중과 슬라이딩 속도가 동시에 중요한 순위로 뒤따랐다는 점에 주목했습니다. 연구 결과에 따르면 개발된 하이브리드 복합재는 기본 합금 및 모놀리식 복합재에 비해 각각 우수한 내마모성을 나타내는 것으로 결론지었습니다. 슬라이딩 속도, 적용된 하중, 슬라이딩 거리 및 마모율에 대해 Taguchi를 사용한 직교 배열에서 얻은 통계 결과는 결과를 더욱 확증합니다.

이전 연구에서는 왕겨(RH)가 Si 기반 내화 화합물(SBRC) 생산에 성공적으로 활용되었습니다. 이러한 내화성 화합물은 AMMC 설계에서 보강재 역할을 할 수 있는 SiC 다형을 포함하는 것으로 보고되었습니다6. 알루미늄 매트릭스 합금(Al 7075)과 실리콘 카바이드 기반 알루미늄 금속 매트릭스 복합재의 건조 조건에서 서로 다른 슬라이딩 거리의 마모 및 마찰 거동을 비교한 연구가 보고되었습니다7. 결과를 통해 SiC로 강화된 AMMC의 마모율은 약 25~45%인 것으로 나타났습니다. 반면, 모놀리식 합금에 비해 AMMC 설계에서 SiC를 보강재로 사용한 경우 내마모성이 약 14% 향상되는 것으로 나타났습니다8.

본 연구에서는 중앙 복합 설계(CCD)를 사용하여 BLA에서 파생된 SBRC를 알루미나의 보완 보강재로 사용하여 실험 결과를 통계적으로 분석, 모델링 및 최적화하려고 시도합니다. 본 연구의 결과는 대나무 잎과 알루미나 강화 알루미늄 6063(AA6063) 합금에서 추출한 Si 기반 내화 화합물의 선택된 마모 매개변수 최적화에 대한 기존 데이터베이스에 기여할 것입니다.

AA 6063(Al-Mg-Si)은 본 연구에 사용된 기본 재료로 현지 공급업체에서 잉곳으로 공급되었습니다. Spark Spectrometer를 이용하여 원소 조성을 구하였고 그 결과를 Table 1에 나타내었다. 본 연구에 사용된 보강재는 입도 30 µm 범위의 알루미나와 대나무 잎 유래 Si 기반 내화 화합물(SBRC)이다. 입자 크기 < 60 µm. 모재와 보강재 사이의 젖음성을 높이기 위해 마그네슘을 사용했습니다. SBRC 개발을 위한 합성 경로에 대한 자세한 내용은 이전에 보고되었습니다.