مواد نوین
سال:1391 | دوره:3 | شماره:2 (پیاپی 10) |تعداد مقالات:8

روش سنتز احتراقی به عنوان یک روش شناخته شده و اقتصادی برای تولید مواد پیشرفته سرامیکی و کامپوزیتی دارای عیوبی است. انجام نشدن کامل واکنش های گرمازا به دلیل اختلاط نشدن ایده آل مواد اولیه، فعال نبودن مواد اولیه از لحاظ ترمودینامیکی و تولید محصولاتی با مقدار تخلخل و اعوجاج بسیار بالا از جمله عیوب مهم این روش بشمار می روند. در این پژوهش از سیستم ترمیت آلومینیوم - اکسید تیتانیوم - اسید بوریک بمنظور تولید درجای کامپوزیت سرامیکی آلومینا - دی بوراید تیتانیوم به روش سنتز احتراقی استفاده شد. سپس به کمک این سه عامل روش مخلوط سازی مواد اولیه، استفاده از مواد رقیق کننده و استفاده از یک محفظه فولادی در اطراف نمونه در حال سنتز به بررسی امکان ساخت قطعاتی با تخلخل کنترل شده و بدون اعوجاج پرداخته شد. نتایج بدست آمده از آزمایش ها نشان دادند که مخلوط کردن پودرهای اولیه به مدت 2 ساعت همراه با یک گلوله 5 میلیمتری پیش از فرآیند پیش فعال سازی مکانیکی و سنتز احتراقی اثر زیادی بر افزایش خلوص محصولات نهایی دارد. هم چنین، مشخص شد که با افزایش مقدار مواد رقیق کننده تا 30 درصد وزنی از جنس خود محصولات (73 درصد حجمی آلومینا - 23 درصد حجمی دی بوراید تیتانیوم) به مواد اولیه ای که پیش فعال سازی مکانیکی شده و آماده سنتز احتراقی هستند، مقدار تخلخل نهایی کمتر شده و از شدت واکنش ها کاسته می شود. در نهایت، نشان داده شد که با استفاده از یک محفظه فولادی در اطراف قطعه به گونه ای که قطعه را محصور کرده و اجازه انبساط به آن ندهد، می توان از اعوجاج نمونه در حین سنتز احتراقی جلوگیری کرد.

استفاده از کامپوزیت های زمینه فلزی تقویت شده به دلیل خواص آن مانند استحکام مخصوص بالا، سختی بالا و مقاومت در برابر سایش خوب در حال افزایش است. فرآیند اصطکاکی - اغتشاشی یک روش بهسازی سطح نوین است که برای ساخت کامپوزیت سطحی توسعه یافته است. این فرآیند با استفاده از یک ابزار غیرمصرفی برای تولید حرارت اصطکاکی و عمل اغتشاش انجام می گیرد. در این مقاله، امکان انجام پراکندگی به صورت توده ای تقویت کننده نانو لوله کربن در کامپوزیت زمینه فلزی آلومینیوم، با موفقیت مورد بررسی قرار گرفت. نمونه ها در معرض تعداد پاس های گوناگون فرآیند اصطکاکی - اغتشاشی از یک تا چهار پاس قرار گرفتند. مشاهده های ریزساختاری با بکارگیری میکروسکوپ الکترونی روبشی از سطح بهسازی شده، انجام گرفت. خواص مکانیکی شامل ریزسختی و مقاومت به سایش، به گونه کامل ارزیابی شدند. خصوصیات سایشی کامپوزیت سطحی با استفاده از یک دستگاه آزمایش سایش پین بر روی دیسک، در دمای اتاق مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان دادند که سختی در سطح کامپوزیت تولید شده چهار پاسه، 195 ویکرز بود که دو برابر سخت تر نسبت به آلیاژ پایه آلومینیوم می باشد. هم چنین، فرآیند اصطکاکی - اغتشاشی، ضریب اصطکاک را در مورد نمونه چهار پاس، در حدود 50 درصد کاهش داد.

پنل های ساندویچی متشکل از هسته فوم آلومینیومی و صفحات آلومینیومی، ساختارهایی با قابلیت بالای جذب انرژی می باشند. در این پژوهش، آزمون سوراخ کاری جهت بررسی انرژی جذب شده، بر روی نمونه های گوناگون پنل ساندویچی انجام گرفت. در این آزمایش ها، تاثیر پارامترهای گوناگون از جمله ضخامت فوم و صفحات بر مقدار انرژی جذب شده، جدا شدن صفحه پشتی از فوم، نیروی مسطح و انحنا (کرنش) ایجاد شده مورد بررسی قرار گرفت. مشخص گردید که با افزایش ضخامت صفحات، انرژی جذب شده، نیروی مسطح، میزان جدایش و کرنش ایجاد شده در صفحه پشتی افزایش می یابد. با افزایش ضخامت هسته فومی نیز مقدار انرژی جذب شده و نیروی مسطح افزایش می یابد، اما میزان جدایش و کرنش ایجاد شده در صفحه پشتی به سبب جذب بیش تر انرژی به وسیله هسته فومی، کاهش می یابد.

هدف از این پژوهش بررسی تاثیر نیروهای موثر در تف جوشی سوپرسالیدوس آلیاژ برنجی Cu-28Zn می باشد که موجب ناهمگنی در مقاطع گوناگون ریزساختار می گردد. بدین منظور، پودر پیش آلیاژی Cu-28Zn در دماهای گوناگون 840 - 890 °C به مدت 60 دقیقه تحت اتمسفر نیتروژن تف جوشی شد. مطالعات ریزساختاری و شکست نگاری نشان داد که افزایش جزئی دما به دلیل تشکیل مقادیر متفاوت فاز مایع موجب تغییر قابل ملاحظه آرایش ذرات، اندازه دانه، جدایش روی در مرزدانه ها، شکل و اندازه حفرات می شود. همچنین تاثیر مقدار فاز مایع در نیروهای موثر ایجاد شده حین تف جوشی با مطالعه قسمت های گوناگون سطح مقطع شکست نمونه ها و مقایسه آن ها با یکدیگر به وضوح قابل مشاهده است. در نهایت بر اساس خواص فیزیکی و مکانیکی در دماهای گوناگون تف جوشی که در تطابق مناسبی با ریزساختار بود دمای بهینه تف جوشی 860 °C تعیین شد.

باندینگ یا نواری شدن، به لایه لایه شدن ساختار فولاد به موازات جهت سیلان ماده در طی فرآیند کارگرم گفته می شود. این پژوهش به بررسی میزان باندینگ فریتی - پرلیتی موجود در ورق های فولاد میکروآلیاژی API GRB مورد مصرف در صنایع لوله سازی و تاثیر آن بر میزان انرژی ضربه این نوع فولادها پرداخته است. هدف ویژه در این پژوهش مقایسه خواص ضربه ای نمونه های باندی و غیرباندی در دو جهت عمود و موازی نورد است. آزمایش های متالوگرافی و ضربه در دمای -20 °C و صفر ر روی این نمونه ها در دو جهت عمود و موازی با نورد صورت گرفت. بررسی ها نشان دادند که زاویه نمونه ضربه نسبت به جهت نورد در مقاومت به ضربه آن بسیار موثر است، یعنی در حالی که در جهت نورد باعث کاهش مقاومت ضربه ای شده در جهت عمود باعث افزایش گردیده است.

روکش تیتانیم روی فولاد منجر به ایجاد خواصی همچون مقاومت به خوردگی بالا می شود که باعث کاربرد وسیع این کامپوزیت فلزی در صنایعی از جمله صنایع اتمی، شیمیایی، هوافضا و هم چنین، مصارف بیومواد شده است. یکی از روش های اتصال در حالت جامد جهت اعمال چنین روکشی استفاده از روش اتصال نوردی می باشد. در این مقاله کیفیت روکش نوردی تیتانیم روی فولاد ساده کربنی از لحاظ خواص متالورژیکی، مکانیکی و هم چنین، تاثیر استفاده از لایه میانی نیکل به عنوان مانع نفوذی بر خواص متالورژیکی اتصال مورد بررسی قرار گرفته است. فصل مشترک روکش و پایه با استفاده از میکروسکوپ نوری و الکترونی روبشی مورد بررسی قرار گرفت و فازهای تشکیل شده به وسیله آنالیز تفرق اشعه ایکس شناسایی گردید. نتایج نشان می دهد که هیچ گونه لایه واکنشی در فصل مشترک فولاد با نیکل تشکیل نخواهد شد، اما در فصل مشترک تیتانیم با نیکل چندین لایه نفوذی شامل TiNi3 ,TiNi ,Ti2Ni مشاهده می شود که افزایش دمای اتصال موجب افزایش ضخامت ترکیبات بین فلزی و افزایش سختی در فواصل نزدیک به فصل مشترک روکش تیتانیمی به فلز پایه می گردد.

در این پژوهش، ریزساختار و خواص مکانیکی جوش های نامشابه فولاد زنگ نزن سوپر دوفازی UNS 32750 به فولاد زنگ نزن آستنیتی AISI 304L مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور، روش جوشکاری قوسی تنگستن - گاز با قطبیت منفی و دو نوع فلز پرکننده ER25104L و ER309LMo استفاده شد. پس از جوشکاری، ریزساختار مناطق گوناگون هر اتصال شامل فلزات جوش، مناطق متاثر از حرارت و فصل مشترک ها با میکروسکوپ نوری بررسی شدند و ارتباط بین ریزساختار و خواص مکانیکی اتصالات مورد بررسی قرار گرفته شد. بررسی های ریزساختاری نشان دادند که در فلز جوش ER25104L، ریزساختار به صورت دندریت های آستنیت و زمینه فریت بود. انجماد فلز جوش ER309LMo، به صورت فریت اولیه همراه با مقداری آستنیت و با ریخت شناسی فریت اسکلتی شکل صورت گرفت. هم چنین، خواص مکانیکی شامل خمش، استحکام کششی، مقاومت در برابر ضربه، سختی و نیز شکست نگاری نمونه ها بررسی شد. در آزمایش کشش تمامی نمونه ها از منطقه HAZ فلز پایه فولاد زنگ نزن آستنیتی 304L و به صورت نرم دچار شکست شدند. هم چنین، بیش ترین مقدار انرژی شکست مربوط به فلز جوش 25104L بود. نمونه جوش شده با فلز پرکننده 25104L بیش ترین انعطاف پذیری را از خود نشان داد. کم ترین و بیش ترین مقدار سختی به ترتیب برای فلز پرکننده ER309LMo و ER25104L بدست آمد. خواص مکانیکی بدست آمده با استفاده از دو نوع فلز پرکننده ER25104L و ER309LMo قابل قبول بوده، اگرچه فلز جوش 25104L خواص مکانیکی بهتری را نسبت به فلز جوش 309 LMo از خود نشان داد. در نهایت، می توان نتیجه گرفت برای اتصال بین فلز پایه فولاد زنگ نزن سوپر دوفازی 32750 به فولاد زنگ نزن آستنیتی 304L، ماده پرکننده ER25104L ویژگی های بهینه ای را ارائه می دهد.

شیشه زیست فعال از جمله بیومواد مناسب و مصرفی در درمان های استخوان (ارتوپدی) و دندانپزشکی است. ساخت پوشش های کامپوزیتی شیشه زیست فعال با اجزای نانومتری مثل زیرکونیا می تواند خاصیت زیست فعالی را مطلوب تر و باعث بهبود خواص مکانیکی پوشش گردد و زیست سازگاری زیرلایه فلزی کاشتنی در بدن را بهبود بخشد. هدف از این پژوهش، تهیه و مشخصه یابی پوشش شیشه زیست فعال - زیرکونیا به روش سل - ژل روی فولاد زنگ نزن 316 ال و ارزیابی رفتار خوردگی زیرلایه فلزی با پوشش و بدون پوشش است. مواد پیش ساز اولیه اصلی شامل تترااتیل اورتوسیلیکات، تری اتیل فسفات، نیترات کلسیم و نانوذرات زیرکونیاست. پوشش به وسیله روش سل - ژل در فرایند لایه نشانی چرخشی روی فولاد زنگ نزن 316 ال اعمال شد. ریخت شناسی و ریزساختار سطح نمونه های پوشش داده شده به کمک میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) بررسی گردید. از روش پراش پرتوی ایکس (XRD) و آنالیز عنصری با طیف سنجی توزیع انرژی پرتوی ایکس (EDS) نیز برای مشخص کردن ترکیب فازها و شناسایی عناصر موجود در پوشش استفاده شد. سختی پوشش ها با دستگاه ریزسختی سنج اندازه گیری شد. آزمون های الکتروشیمیایی پلاریزاسیون پتانسیودینامیکی در دو محلول فیزیولوژیکی گوناگون و بمنظور مقایسه رفتار خوردگی نمونه های فولادی با پوشش شیشه زیست فعال - زیرکونیا و بدون پوشش انجام گرفت. نتایج نشانگر حصول پوشش تقریبا یکنواخت و بدون عیب و نواقص ظاهری قابل توجه روی زیرلایه فولاد زنگ نزن 316 ال است. پوشش شیشه زیست فعال - زیرکونیا مقاومت خوردگی زیرلایه را بهبود داد. به گونه ای که چگالی جریان خوردگی در نمونه های پوشش دار کم تر از نمونه های بدون پوشش بود. جمع بندی نتایج حاکی از آن بود که پوشش شیشه زیست فعال - زیرکونیای اعمال شده به روش سل - ژل می تواند رفتار خوردگی و درنتیجه، زیست سازگاری کاشتنی فلزی مصرفی در پزشکی را بهبود بخشد.