Influence of various tool shoulder design on hybrid surface composite of AA7075-T651/SiC/graphene through friction stir processing

ABSTRACT

In the recent work, tool shoulder designs such as flat shoulder (T_FS), kurl shoulder (T_KS), scroll shoulder (T_SS), and knurling (T_KNS) were creatively designed to improve the surface properties. The AA7075/SiC/Graphene hybrid surface composites were fabricated through friction stir processing using different shoulder designs. The influence of shoulder designs on microstructure, mechanical, tribological, and corrosion properties were examined. The material characterizations such as macrostructure, microstructure, particle dispersion, and elemental analysis were studied through optical microscopy and field emission scanning electron microscopy with energy-dispersive X-ray spectroscopy. The current study found that the dispersion of SiC and graphene particles inside the matrix fabricated by the T_SS tool design was more uniform due to the tool shoulder feature, leading to improved material flow during stirring. The sample fabricated using the T_SS tool displayed higher grain refinement, the smallest grain size, which was 3.5 μm. The T_SS design effectively eliminated the cluster formation and obtained a defect-free composite resulting in greater hardness (197 HV), lower wear resistance (0.0038 mm³/m) and higher corrosion resistance (– 0.650 mV) compared to other tool designs. However, the lowest values of hardness, wear rate, and corrosion resistance were obtained by T_FS design.

Au cours des travaux récents, on a conçu de manière créative des concepts d’épaulement d’outil tels que l’épaulement plat (T_FS), l’épaulement à courbe (T_KS), l’épaulement en spirale (T_SS) et l’épaulement à molette (T_KNS) pour améliorer les propriétés de surface. On a fabriqué les composites de surface hybride AA7075/SiC/graphène par traitement par friction-malaxage à l’aide de différents concepts d’épaulement. On a examiné l’influence des concepts d’épaulement sur la microstructure et les propriétés mécaniques, tribologiques et de corrosion. On a étudié les caractérisations des matériaux telles que la macrostructure, la microstructure, la dispersion des particules et l’analyse élémentaire à l’aide de la microscopie optique et microscopie électronique à balayage à émission de champ avec spectroscopie à rayons X à dispersion d’énergie. L’étude actuelle a révélé que la dispersion des particules de SiC et de graphène à l’intérieur de la matrice fabriquée par le concept d’outil T_SS était plus uniforme en raison de la caractéristique de l’épaulement de l’outil, ce qui a permis d’améliorer l’écoulement du matériel pendant l’agitation. L’échantillon fabriqué à l’aide de l’outil T_SS a affiché un raffinement de grain supérieur, la plus petite taille de grain, qui était de 3.5 μm. Le concept de T_SS a efficacement éliminé la formation d’agrégats et obtenu un composite sans défaut résultant en une dureté plus élevée (197 HV), une plus faible résistance à l’usure (0.0038 mm³/m) et une résistance plus élevée à la corrosion (−0.650 mV) par rapport aux autres concepts d’outil. Cependant, les plus faibles valeurs de dureté, de taux d’usure et de résistance à la corrosion ont été obtenues par le concept T_FS.

KEYWORDS:

• Shoulder end features
• friction stir processing
• microstructure
• microhardness
• wear
• corrosion

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No potential conflict of interest was reported by the author(s).