Fabrication of aluminum based nanomaterials

Structural applications in transportation necessitate materials with high specific strength and stiffness. With its low density, aluminum (Al) is an interesting candidate, but further strengthening would be beneficial. In this work, the benefits and limitations of nanoreinforcements for aluminum strengthening has been assessed through the addition of carbon nanotube (CNTs) and nanometric alumina (n-Al2O3) to an aluminum matrix by powder metallurgy. It has been found that mechanical milling can homogeneously disperse n-Al2O3 in aluminum. Furthermore, mechanical milling offers the advantages of strengthening the aluminum powder through grain refinement, cold working, solid solution and precipitation. However, CNTs are damaged by mechanical milling, and their homogeneous dispersion cannot be achieved with a chemical dispersant. Nanocomposite consolidation has presented several challenges as hot pressing resulted in a lack of bonding, grain growth and the formation of Al4C3 from damaged CNTs. Cold spraying of Al2O3/Al has resulted in a porous coating with decreased hardness. The microhardness and compression properties of an Al2O3/Al nanocomposite produced by mechanical milling followed by hot pressing were measured. Comparison with modeled values and literature results indicates that higher experimental yield strength obtained with the addition of n-Al2O3 versus micron size Al2O3 is due to in-situ matrix strengthening. Modeling shows that CNTs offer high potential gains in stiffness due to their high aspect ratio and their high Young modulus. On the other hand, as yield gains associated with the addition of nanoreinforcement are mainly due to matrix strengthening, discontinuous nanocomposites do not benefit from the CNT's exceptional strength. In this case, n-Al2O3 would be selected over CNTs as it is cheaper and more easily dispersed.Les applications structurales du secteur des transports nécessitent des matériaux avec des résistances mécaniques et des rigidités spécifiques élevées. Avec sa faible densité, l'aluminium s'avère un candidat de choix. Par contre, pour favoriser son utilisation, l'augmentation des propriétés spécifiques est nécessaire.Dans ce projet, le potentiel et les limitations des nanorenforts pour l'augmentation de la résistance mécanique de l'aluminium ont été évalués. Pour ce faire, des composites à matrice d'aluminium renforcés par nanotubes de carbone (CNTs) et alumine nanométrique (n-Al2O3) ont été fabriqués par métallurgie des poudres. Il a été constaté que le broyage mécanique disperse de manière homogène l'alumine nanométrique dans l'aluminium. En plus, le broyage mécanique offre l'avantage de renforcer la matrice d'aluminium par affinement des grains et écrouissage en plus de procurer un durcissement par solution solide et par précipitation. Par contre, les nanotubes de carbone sont endommagés par le broyage et il n'est pas possible d'obtenir une dispersion homogène des nanotubes dans l'aluminium par l'utilisation d'un dispersant chimique.La consolidation des nanocomposites présente aussi de nombreux défis puisque le pressage à chaud ne permet pas un bon frittage, provoque la croissance des grains et mène à la formation de carbures à partir des nanotubes endommagés. La pulvérisation à froid des poudres composites Al2O3/Al a quant à elle produit un revêtement poreux avec une dureté réduite.La microdureté et les propriétés mécaniques en compression du nanocomposite Al2O3/Al produit par broyage mécanique suivi d'un pressage à chaud ont été mesurées. La comparaison de ces résultats avec les valeurs modélisées et celles provenant de la littérature indique que le gain en limite d'élasticité obtenu expérimentalement avec l'addition d'alumine nano