Date of Award

11-2025

Document Type

Thesis

Degree Name

Master of Science in Mechanical Engineering (MSME)

Department

Mechanical and Aerospace Engineering

First Advisor

Dr. Jaber Abu Qudeiri

Abstract

The utilization of aluminium alloys has increased rapidly in past decades due to the increasing demand for lightweight and high-performance materials. Among the popular aluminium alloys, AA6082 is widely favoured for its excellent combination of strength, corrosion resistance, and machinability. Most previous work, however, has concentrated on either on micro scale reinforcement or on single ceramic particles, leaving very few experimental studies on the use of hybrid nano reinforcement in AA6082. Therefore, to further enhance its mechanical properties without compromising its inherent advantages, hybrid metal matrix composites were developed using various nano particulates as reinforcements. In this current study, AA6082-based composites reinforced with nano-sized silicon carbide (SiC) and aluminium oxide (Al2O3) were fabricated using ultrasonic assisted stir casting under a controlled vacuum pressure. Hybrid reinforcements of nano SiC and Al₂O₃ were added at varying weight fractions of 0.5 wt.%, 0.75 wt.%, and 1 wt.% each by a two-step stir casting process. The fabricated composites were subjected to detailed microstructural characterization along with mechanical property evaluation through hardness, tensile and compression tests. Scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive spectroscopy (EDS) were utilized to examine the dispersion of reinforcements and the phase composition. Among the composites fabricated, AA6082- 1 wt.% SiC and Al₂O₃ hybrid nano metal matrix composite (NMMC) exhibited the highest improvement in Vickers hardness, ultimate tensile strength and compression strength, showing increases of 21.92%, 60.78%, and 30.50% respectively, compared to unreinforced AA6082 alloy. Such property enhancements arise from the uniform distribution of nano particles throughout the matrix, along with grain refinement seen under microstructural study, both of which enhanced the alloy’s ability to transfer load and resist deformation. The results demonstrated a significant improvement in microstructure and mechanical properties with increasing reinforcement content, confirming that AA6082 reinforced with nano SiC/Al2O3 is well suited for high performance applications, mainly in the automative and aerospace industry.

Arabic Abstract

التوصيف الميكانيكي والبنيوي الدقيق للمركب النانوي الهجين AA6082 /SIC/ Al₂O₃ المصنوع بواسطة الصب بمساعدة التحريك بالموجات فوق الصوتية

شهد استخدام سبائك الألومنيوم زيادة سريعة في العقود الماضية نظرًا لتزايد الطلب على المواد خفيفة الوزن وعالية الأداء. ومن بين سبائك الألومنيوم الشائعة، تُعد سبيكة AA6082 الخيار الأمثل نظرًا لخصائصها المتميزة من حيث القوة ومقاومة التآكل وقابلية التشغيل الآلي. إلا أن معظم الدراسات السابقة ركزت إما على التعزيز على المستوى المجهري أو على الجسيمات الخزفية المفردة، مما ترك فجوة كبيرة في الدراسات التجريبية المتعلقة باستخدام التعزيز النانوي الهجين في سبيكة AA6082. لذلك، ولتحسين خصائصها الميكانيكية دون المساس بمزاياها الأساسية، تم تطوير مركبات هجينة ذات مصفوفة معدنية باستخدام جزيئات نانوية مختلفة كمواد تعزيز. في هذه الدراسة، تم تصنيع مركبات قائمة على سبيكة AA6082 معززة بكربيد السيليكون (SiC) وأكسيد الألومنيوم (Al₂O₃) النانوي باستخدام طريقة الصب بالتحريك المدعوم بالموجات فوق الصوتية تحت ضغط تفريغ متحكم به. تمت إضافة مواد التعزيز الهجينة من SiC وAl₂O₃ النانوية بنسب وزنية مختلفة بلغت 0.5 % و 0.75 % و 1 % لكل منهما، وذلك باستخدام عملية صب بالتحريك على مرحلتين. خضعت المركبات المصنعة لتوصيف دقيق للبنية المجهرية بالإضافة إلى تقييم الخصائص الميكانيكية من خلال اختبارات الصلادة والشد والضغط. تم استخدام المجهر الإلكتروني الماسح لفحص توزيع مواد التعزيز وتركيب الأطوار. من بين المركبات (EDS) ومطياف تشتت الطاقة(SEM) المعززة بنسبة AA6082 من سبيكة(NMMC) المصنعة، أظهر المركب الهجين ذو المصفوفة المعدنية النانوية النانوي أعلى تحسن في صلادة فيكرز ومقاومة الشد القصوى ومقاومة الضغط، حيث سجل Al₂O₃ و1% SiC من غير المعززة. تنشأ هذه AA6082 زيادات بلغت 21.92 % و 60.78 % و 30.50 % على التوالي، مقارنةً بسبيكة التحسينات في الخصائص من التوزيع المنتظم للجسيمات النانوية في جميع أنحاء المصفوفة، بالإضافة إلى صقل الحبيبات الملاحظ في دراسة البنية المجهرية، وكلاهما عزز قدرة السبيكة على نقل الأحمال ومقاومة التشوه. أظهرت النتائج تحسنًا كبيرًا في البنية المجهرية والخصائص الميكانيكية مع زيادة محتوى مواد التعزيز، مما يؤكد أن سبيكة النانوي مناسبة تمامًا للتطبيقات عالية الأداء، وخاصة في صناعة السيارات SiC/Al₂O₃ المعززة ب AA6082 والفضاء.

Download
COinS