استخلاص دقائق السليكا النانوية من أوراق القصب العراقي لتقوية المواد المركبة القائمة على سبيكة الألمنيوم 6061

الباحث

سيف ستار جبار

المشرف

سامي عبد النون عجيل - ناصر كردي زيدان

الجامعة

الجامعة التكنولوجية

الكلية / القسم

قسم هندسة الانتاج والمعادن / هندسة الانتاج والمعادن

الشهادة

ماجستير

السنة

2024

لغة الرسالة

انكليزي

الكلمات المفتاحية

Silica nanoparticles;Bamboo leaves;AA6061 composites;Taguchi method

تهدف هذه الدراسة إلى تحويل النفايات الزراعية منخفضة Aa إلى منتجات عالية Ae من خلال استخلاص دقائق السيليكا النانوية عالية النقاء (,مبر,510) تحت ظروف Rue باستخدام طريقة الترسيب الكهيائي. تم تطبيق طريقة Ft الإحصائية في تصميم التجارب (DOE) إدراسة التأثيرات المشتركة للعوامل الرئيسية المؤثرة في عملية اللاستخلاص. تم معالجة النفايات الزراعية مسبقاً بحامض الهيدروكلوريك ) (3N HCI لإزالة المواد العضوية والشوائب. بعد ذلكء تم إجراء عملية الكلسنة عند درجات حرارة وأوقات مختلفة، والتي تم تحسيها بواسطة طريقة $0 oh ، بالإضافة إلى استخدام ترآكيز مختلفة من هيدروكسيد الصوديوم (NaOH) خلال عملية الترشيح، حيث تعتبر هذه العوامل dale لاستخلاص السيليكا النانوية بكفاءة. تم تقيهم خصائص المنتجات الناتجة باستخدام تقنيات مثل التحليل الحراري الوزني (TGA) وفلورسنت بالأشعة السينية (XRF) حيود الأشعة السينية (XRD) ومجهر القوة الذري CAPM) المجهر الإلكتروني SU للانبعائات الميدانية (FE-SEM) و تحليل فوربيه الطينى للأشعة تحت المراء (ETIR) كشفت التحليلات الحرارية عن فقدان الكثلة في أوراق القصب على ثلاث ole إزالة الرطوبة، إطلاق المواد المتطايرة، والتحلل اللهائي. حدد تحليل XRF أفضل شروط الاستخلاص - 700 درجة مئوية لمدة 4 ساعات مع 2120114 27 - لتحقيق Jel نقاوة بنسبة 9099.232. أكدت تحليلات XRD و AFM و FTIR أن السيليكا النانوية المستخلصة غير متبلورة، بمتوسط حجم جزيئات fle 87.55 نانومتر مع تجمع ،ub وبوجود ججموعات وظيفية مثل Si-O-Si و Si-O على الأسطح. أظهر تحليل FE-SEM توزيعًا متسمًا lash ed بمتوسط يبلغ 15 نانومتر، مما Sy نجاح عملية التخليق بجودة وتجانس عاليين. تم استخدام أفضل الدقائق النانوية المستخلصة (SiO2 NPs) كجسيات تعزيز في سبيكة الألمنيوم 6061 بنسب مختلفة )%0.1، 200.2 و900.3) باستخدام طريقة الصب المزدوجء التي تضمن توزيعًا متجاذسًا للدقائق النانوية داخل السبيكة. عملت الدقائق النانوية من Khel كواقع تكوّن للنواة ،(Nucleation Sites) مما أدى إلى تحسين اليكل امجهري بشكل ملحوظء كا هو ملاحظ تحت المجهر tly Spall الإلكتروفي (SEM) oll وتم تحليلها Sits إضافي باستخدام التحليل الطيفي لتشتت الطاقة (EDS) مما أكد وجود السيليكون. بالإضافة إلى ذلك، أوضحت خريطة توزيع العناصر بواسطة 512/1 توزيعًا متجانسًا للسيليكون في جميع أنحاء السبيكة, مما أبرز التكامل stl للسيليكا النانوية وهو ysl حاسم لتحقيق التحسينات المطلوبة في elo العام للمادة. زادت صلابة السبيكة مع إضافة دقائق السيليكا النانوية، حيث زادت صلابة فيكرز بنسبة 9012.6 مع إضافة 900.1, و9022.2 مع إضافة 900.2, و9040.3 مع إضافة 900.3 مقارنة بالسبيكة الأساسية. كا أظهرت معدلات التآكل تحسئًا FS مع إضافة السيليكا النانوية. حيث ا نخفض معدل التأكل بنسبة 9087.26 عند 15 نيوتن مع إضافة 900.3 ما يدل على تحسين كمير في مقاومة SU ght هذه النتا إمكانات استخدام دقائق السيليكا النانوية المستخلصة من النفايات الزراعية كديل مستدام للتعزيزات الصناعية التقليدية، بما يقلل من التكاليف والأثر البيثئي مع تحسين الخصائص ASEM للمواد المركة المصنوعة من الألمنيوم. وتوكد هذه الدراسة على Ab النفايات الزراعية pret نانوي لتطوير مواد مرككة متقدمة.

This study aims to convert low-value agricultural waste into high-value products by extracting high-purity nano-silica (SiO2)NPs under the best conditions using the chemical precipitation method. The Taguchi statistical method was applied in the Design of Experiments (DOE) to study the combined effects of the critical factors influencing the extraction process. The agricultural waste was pre-treated with hydrochloric acid (3N HCl) to remove organic materials and impurities. Subsequently, calcination was conducted at various temperatures and times, as optimized by the Taguchi method, along with different NaOH concentrations during the leaching process, as these factors are crucial for efficient nano-silica extraction. The characteristics of the resulting products were evaluated using techniques such as Thermogravimetric Analysis (TGA), X-ray Fluorescence (XRF), X-ray Diffraction (XRD), Atomic Force Microscopy (AFM), Field Emission Scanning Electron Microscopy (FE-SEM), and Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR). The analyses revealed that thermal analysis showed a three-stage mass loss in bamboo leaves: moisture removal, volatile matter release, and final decomposition. The XRF analysis determined the best extraction conditions in L9 -700°C for 4 hours with 4N NaOH- achieving the highest purity of 99.232%. The XRD, AFM, and FTIR analyses confirmed that the extracted nano-silica is amorphous with an average particle size of 87.55 nm and minimal aggregation, featuring functional groups such as Si-O-Si and Si-O on the surfaces. FE-SEM analysis indicated a consistent particle size distribution, averaging 15 nm, confirming a successful synthesis process with high uniformity and quality. The best (SiO2)NPs obtained were used as reinforcing particles in AA6061 at various percentages (0.1%, 0.2%, and 0.3%) using the double stir casting method, which ensures a homogeneous distribution of nanoparticles within the alloy. The silica nanoparticles acted as nucleation sites, significantly refining the microstructure observed under Optical and Scanning Electron Microscopy (SEM) and further analyzed with Energy Dispersive Spectroscopy (EDS), confirming the presence of silicon. Moreover, SEM-elemental mapping illustrated homogeneous silicon spread throughout the alloy, highlighting the successful integration of nano-silica, which is crucial for achieving intended improvements in the material's overall performance. The alloy's hardness increased with the addition of nano-silica, where Vickers hardness increased by 12.6% with 0.1%, 22.2% with 0.2%, and 40.3% with 0.3% additions compared to the base alloy. Wear rates also showed significant improvement with the addition of nano-silica, with the wear rate decreasing by 87.26% at 15 newtons with a 0.3% addition, demonstrating substantial enhancement in wear resistance . These findings demonstrate the potential of using nano-silica extracted from agricultural waste as a sustainable alternative to traditional industrial reinforcements, reducing costs and environmental impacts while enhancing the mechanical properties of aluminum composites. This study underscores the value of agricultural waste as a nano-resource for developing advanced composite materials.

طلب نسخة من الملف

الملفات غير منشورة على الموقع. اترك بياناتك وسيتواصل معك موظفو قسم الشؤون الثقافية والفنون لإرسال النسخة مجاناً.

الاسم

رقم الهاتف

البريد الإلكتروني

الغرض من الطلب (اختياري)

إرسال الطلب