مواد نوین
سال:1398 | دوره:9 | شماره:4 (پیاپی 36) |تعداد مقالات:12

در دو دهه اخیر باتری های لیتیم-هوا به علت چگالی انرژی بالا بسیار مورد توجه قرار گرفته اند. الکترولیت های حالت جامد با هدایت یونی بالا یکی از مهم ترین چالش ها در ساخت این نوع باتری ها به حساب می آیند. لیتیم آلومینیوم تیتانیوم فسفات (LATP) نوعی الکترولیت ناسیکونی است که به علت هدایت یونی بالا در باتری های لیتیم-هوا کاربرد یافته است. هدف از پژوهش حاضر ساخت غشاء هادی یون لیتیم LATP بوده است. به این ترتیب ابتدا پودر LATP به روش شیمیایی سنتز شده و دمای تبلور مناسب با بررسی الگوی پراش نمونه ها انتخاب گردید. پس از آن جهت ساخت غشاء نمونه ها در دو فشار پرس و دو زمان زینتر متفاوت و در دمای زینتز ℃ 850 تهیه شدند و اثر این عوامل بر هدایت یونی و دانسیته این نمونه ها بررسی گردید. بررسی ها نشان دادند که پودر LATP بدون فازهای ناخالصی با روش گفته شده با موفقیت سنتز شد و بهترین کریستالینیتی با آنیل کردن پودر در دمای ℃ 800 به دست آمد. همچنین بیشترین هدایت یونی به دست آمده مربوط به نمونه پرس شده با فشار Mpa50 و زمان زینتر 3 ساعت و برابر با S. cm-1 10-4×07/1 است. بیشترین دانسیته به دست آمده نیز مربوط به نمونه پرس شده با فشار Mpa50 و زمان زینتر 12 ساعت است.

فرآوری پودر نیمه جامد (SPP) روشی است که متالورژی پودر سنتی را با شیوه های شکل دهی نیمه جامد ترکیب کرده و می تواند کامپوزیت های زمینه فلزی را با هزینه ی پایین و کارایی بالا تولید کند. در این تحقیق روش SPP برای ساخت کامپوزیت پایه منیزیمی AZ91D تقویت شده با ذرات کاربید سیلیسیوم با حد بارگذاری بالا به کار برده شد. ابتدا به منظور تهیه ی پودر، براده های آلیاژ منیزیم AZ91D با متوسط اندازه ی (mm) 1 × 2 × 4 توسط آسیای گلوله ای سیاره ای، آسیاکاری مکانیکی شده و سپس به منظور آلیاژسازی مکانیکی، پودر به دست آمده به همراه 50 درصد وزنی (36 درصد حجمی) ذرات کاربید سیلیسیوم 2 میکرونی، مجدداً آسیاکاری شدند. پودر آسیا شده و نیز پودر کامپوزیتی AZ91D/SiC توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی (FESEM)، دستگاه سنجش اندازه ی ذرات (PSA) و طیف سنجی پراش اشعه ی ایکس (XRD) مورد بررسی قرار گرفتند. دستگاه اسپارک پلاسما زینترینگ (SPS) برای زینتر پودر کامپوزیتی تهیه شده، با گرم کردن مخلوط پودر تا دماهای نیمه جامد ° C 561 (معادل 30% کسر مذاب در کل نمونه) و ° C 576 (معادل 40% کسر مذاب در کل نمونه) هم زمان با اعمال فشار به کار برده شد. ریزساختار، چگالی، سختی، استحکام فشاری و همچنین فازهای موجود در نمونه های زینتر شده مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج به دست آمده نشان می دهند کامپوزیت هایی با تخلخل بسیار کم و خواص مکانیکی مناسب توسط روش SPP قابل تولید می باشند.

یکی از پارامترهای مهم جهت افزایش کارایی رنگ در محیط های خورنده استفاده از یک پرایمر مناسب می باشد که عاملی مهم برای افزایش چسبندگی و طول عمر رنگ خواهد بود. در این پژوهش تأثیر دو پرایمر متفاوت بر روی مقاومت به خوردگی فولاد کم کربن رنگ شده مورد بررسی قرارگرفته است. بدین منظور از دو پرایمر فسفات روی (که به طورمعمول به عنوان پرایمر رنگ استفاده می شود) و نانو ساختار نیکل – فسفر استفاده شده است. برای ارزیابی مقاومت به خوردگی، از آزمایش های الکتروشیمیایی امپدانس، پتانسیودینامیک، پلاریزاسیون سیکلی و مه نمکی استفاده شد. تعیین مورفولوژی و بررسی های ریزساختاری با استفاده از آزمایش های پراش اشعه ایکس و میکروسکپ الکترونی روبشی انجام شد. . همچنین به منظور بررسی چسبندگی رنگ بر روی فلز پایه از آزمایش پول-آف (pull-off) استفاده شد. نتایج به دست آمده نشان داد که استفاده از زیر لایه نانو ساختار نیکل – فسفر به عنوان پرایمر باعث افزایش کارایی رنگ اعمالی بر روی فولاد کم کربن، در محیط های خورنده خواهد شد. به طوری که به عنوان مثال برای نمونه های رنگ شده با زیر لایه نانو نیکل-فسفر در مقایسه با نمونه های رنگ شده با زیر لایه فسفات-روی، مقاومت پلاریزاسیون در حدود kΩ . cm21/79 و پتانسیل حفره دار شدن V49/0 افزایش داشته است. همچنین نتایج آزمایش چسبندگی رنگ، نشان دهنده چسبندگی بالای رنگ به پرایمر نانو نیکل-فسفر در مقایسه با پرایمر فسفات – روی می باشد.

با کابرد موفقیت آمیز روش جوشکاری همزن اصطکاکی اغتشاشی زائده ای برای آلیاژ آلومینیوم 2024 و فولاد ساده کربنی با ضخامت 1میلی متر این پژوهش برای جوشکاری ورق های آلومینیوم 6061 با ضخامت 1 میلی متر به کارگرفته شد. اثر زمان نگهداری ابزار(6، 4و 9ثانیه) و عمق فروروی ابزار(1/0، 14/0و 18/0 میلی متر) بر خواص مکانیکی و ریزساختاری مورد بحث و ارزیابی قرار گرفته است. نتایج سطح ظاهری نشان داد که به کارگیری این روش سبب حذف کامل فرورفتگی در سطح نمونه ها شده و سطح جوش پس از فرآیند کاملا صاف است. تصاویر ریزساختاری و نتایج مکانیکی بیانگر این است که ناحیه جوش با ساختار تبلور مجدد دینامیکی دارای سختی و استحکام بالاتری نسبت به فلز پایه است. افزایش در پارامترها سبب افزایش عمق ناحیه همزده شده و نیز طول اتصال می شود که دلیل آن تولید گرمای اصطکاکی و نیز همزدگی بیشتر مواد است. با افزایش زمان نگهداری از 4به 8 در عمق فروروی ثابت 18/0 میلی متر عمق ناحیه همزده شده از 750 به 900میکرومتر افزایش می یابد. بیشینه استحکام جوش در این پژوهش برابر با5/4495 نیوتن است. این نمونه به دلیل مود شکست محیطی و اتصال مناسب در فصل مشترک دارای بیشینه نیروی شکست بالایی است. مشاهدات سطح شکست وجود هردو نوع وضعیت شکست در جوشکاری نقطه ای شامل وضعیت فصل مشترکی و محیطی را نشان داد.

یکی از مهمترین روش های تولید مواد و پوشش های اکسیدی، اکسیداسیون به روش پلاسمای الکترولیتی (PEO) است. پوشش های ایجاد شده بر روی آلومینیم در روش PEO دارای دو آلتروپی α-Al2O3 و γ-Al2O3می باشند که پوشش های حاوی آلوتروپی α-Al2O3 دارای سختی و مقاومت به سایش بهتری هستند. بنابراین هدف اصلی تحقیق حاضر بهینه سازی آلوتروپی اکسید آلومینیم در جهت افزایش مقدار α-Al2O3 در پوشش ایجاد شده به روش PEO است. در تحقیق حاضر از آلومینیم 1050 به عنوان فلز پایه و از موادی چون هیدراکسید پتاسیم، پیروفسفات سدیم و آلومینات سدیم به عنوان موا تشکیل دهنده الکترولیت استفاده شده است. برای بهینه سازی داده ها از روش طراحی آزمایش RSM و به کمک نرم افزار Design Expert 7 استفاده شد که مقدار هیدراکسید پتاسیم، پیروفسفات سدیم و آلومینات سدیم متغیر های مستقل تحقیق و سختی و نسبت بلندترین پیک آلوتروپی α-Al2O3 به بلندترین پیک آلوتروپی γ-Al2O3 متغیر وابسته تحقیق هستند. نتایج تحقیق حاضر نشان میدهد که ترکیب الکترولیت بهینه در جهت ایجاد بیشترین مقدار فاز α-Al2O3 دارای 9/2 گرم بر لیتر KOH، 15/1 گرم بر لیتر پیروفسفات سدیم و 34/0 گرم بر لیتر آلومینات سدیم است که نسبت شدت پیک α-Al2O3 (در آزمون XRD) بر پیک γ-Al2O3 در حالت بهینه 622/0 و مقدار سختی 1648 ویکرز می باشد.

ساختارهای دی اکسید قلع (SnO2) خالص و آلاییده شده با روی (Zn doped SnO2) به روش سولوترمال سنتز شدند. در این روش، سنتز اکسیدهای فلزی بدون استفاده از مواد افزودنی دیگر و تنها با انتخاب پیش ماده های جدید در حلال بر پایه اوره انجام گرفت. حلال مورد استفاده در این روش می تواند به عنوان عامل کنترل کننده شکل و اندازه برای جلوگیری از رشد بیش از اندازه ذرات مورد استفاده قرار گیرد. علاوه بر آن با متلاشی شدن اوره تشکیل دهنده حلال در دمای 200 درجه سانتیگراد محیط قلیایی می شود که به تشکیل اکسید فلزی کمک می کند. فرآیند کلسینه شدن برای تولید SnO2 و Zn-doped SnO2بعد از سنتز انجام شد. محصولات به دست آمده با بهره گیری از تکنیک های میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدان (FESEM)، پراش پرتو (XRD) X، طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه (FTIR)، طیف سنجی پراش انرژی پرتو X (EDS) و طیف سنجی مرئی-فرابنفش UV-Visible)) مشخصه یابی شدند. در این روش سنتز، محصولاتی با اندازه ذرات 16 و 18 نانومتر به ترتیب برای SnO2 و Zn-doped SnO2 به دست آمدند. هیچ پیکی از فازهای کریستالی ناخالص در طرح XRD تشخیص داده نشد. محاسبات نشان داد که میزان شکاف انرژی 6/3 اکترون ولت می باشد که مربوط به منطقه فرابنفش طیف الکترومغناطیسی است.

چدن نشکن آستمپر (ADI) ماده مهندسی شناخته شده ای با پتانسیل جایگزینی فولاد آهنگری است. اما کم بودن قابلیت ماشینکاری آن موجب شده از سوی برخی سازندگان مورد استقبال قرار نگیرد. بنابراین اصلاح فرایند تولید آن ضروری است تا با کنترل پارامترهای عملیات حرارتی قابلیت ماشینکاری چدن ADI بهبود یابد. این تحقیق با هدف مشخص نمودن اثر زمان آستنیته جزئی هم دما بر نیروی تراشکاری و تعیین زمان بهینه انجام شد. نمونه های با زمینه فریتی(FDI) در دمای oC 900 به مدت min 5 تا min 60 آستنیته و سپس در نمک مذاب با دمای 370 oC به مدت min 60 آستمپرشدند تا زمینه دوفازی(DMS) با مقادیر مختلف فاز آسفریت ایجاد شود. مقدار فازها با آنالیز تصویری و سختی آنها به روش برینل تعیین گردید. مولفه های نیروی برش با دستگاه دینامومترکیستلر در چند نرخ های پیشروی مختلف اندازه گیری شد. طبق نتایج به دست آمده، با گذشت زمان آستنیته جزئی کسر فاز آسفریت و سختی مطابق مدل جانسون-اورامی زیاد شدند. نسبت به نمونه ADI، با افزایش زمان تا min 12، برایند نیروی برش و توان برشی ویژه به ترتیب 50%-40% و 36% کاهش یافت. وابستگی برایند نیروی برش به نرخ پیشروی به صورت یک رابطه توانی با مقدار توان 73/0، 80/0 و 85/0 به ترتیب برای نمونه های FDI، DMS و ADI تعیین شد. نتایج به دست آمده نشان داد در فرایند آستنیته هم دما انتخاب زمان حرارت دهی، نقشی کلیدی در دستیابی به چدن ADI با قابلیت ماشینکاری مطلوب دارد.

کنترل ریزساختار الکترولیت سدیم بتا آلومینا، مورد استفاده در ساخت باتری های سدیم سولفور، برای دست یابی به خواص مکانیکی و هدایت یونی مناسب اهمیت زیادی دارد. در این تحقیق تأثیر اندازه ذرات پودر سدیم بتا آلومینا بر ریز ساختار نهایی و خواص این سرامیک بررسی شده است. برای این منظور پودر سدیم بتا آلومینا سنتز شده به روش حالت جامد، برای مدت زمان های متفاوت 30 دقیقه، 2، 6 و 10 ساعت تحت آسیا سایشی قرار گرفت. نتایج نشان داد که زمان آسیا تأثیر بسزایی بر تغییر اندازه ذرات اولیه پودر و در نتیجه بر رفتار چگالش، ریزساختار و نهایتاً بر استحکام شکست و هدایت یونی الکترولیت سدیم بتا آلومینا خواهد داشت. با افزایش زمان آسیاکاری از 30 دقیقه به 6 ساعت و کاهش متوسط اندازه ذرات پودر از حدود 2 به 7/0 میکرومتر، رفتار چگالش پودر حاصل به دلیل افزایش نیروی محرکه تف جوشی بهبود یافت و منجر به افزایش استحکام شکست و هدایت یونی در دماهای بالا به ترتیب تا حدود 65 و 100 درصد گردید. با افزایش زمان آسیاکاری به 10 ساعت، به دلیل ایجاد ریزساختار غیریکنواخت، افت در خواص مکانیکی و الکتریکی سرامیک سدیم بتا آلومینا مشاهده شد. نتایج این مطالعه همچنین نشان داد که می توان رابطه ای خطی بین استحکام شکست و دانسیته نمونه های تولیدی برقرار نمود.

در این پژوهش به بررسی علت وقوع نشتی سیال از کف مخزن کاستیک با استفاده از شبیه سازی سیستم حفاظت کاتدی و همچنین توسعه رابطه توزیع جریان با یک فاصله نزدیک آند به سازه پرداخته شده است. از روش المان محدود برای حل عددی سیستم حفاظت کاتدی استفاده شد و مطابقت 94٪ نتایج شبیه سازی با نتایج میدانی نشان دهنده دقت نتایج است. اگرچه اندازه گیری های میدانی نشان دهنده حفاظت کف مخزن بوده ولی نتایج شبیه سازی نشان می دهد که فقط یک ناحیه محدود از کف مخزن تحت حفاظت بوده است که این ناحیه از رابطه توزیع جریان پیروی می کند و نشتی از مناطق اطراف که سطح حفاظت پایین تری داشته رخ داده است. چندین راه برای افزایش سطح حفاظت وجود دارد، یکی از راه ها افزایش فاصله آند از کف مخزن مطابق با رابطه توزیع جریان بوده اما نتایج شبیه سازی خلاف آن را نشان می دهد. هر آند یک گرادیان پتانسیل ایجاد می کند که می تواند از یک آند به آند دیگر متفاوت باشد. بنابراین رابطه توزیع جریان تا زمانی قابل استفاده خواهد بود که با افزایش فاصله آند از کف مخزن، کف مخزن از گرادیان پتانسیل ایجاد شده توسط آند خارج نشود. به همین دلیل در این پژوهش، رابطه توزیع جریان با استفاده از یک رابطه مکمل دیگر و با در نظر گرفتن شرایط مرزی توسعه پیدا کرده است.

هدف از این مطالعه بررسی تأثیر هم زمان پلیمرهای اسید هیالورونیک (HA)، پلی وینیل الکل (PVA)، ژلاتین (Gel) و نانوهیدروکسی آپاتیت (nHAp)که مینرالی استخوانی است. در این پژوهش برای اولین بار با روش تبخیر حلال ساده، داربست استخوانی nHAp و پلیمرهای زیست تخریب پذیر HA، PVA و Gel ایجاد شد. نمونه های کامپوزیتی دوجزئی PVA-nHAp، کامپوزیت های سه جزئی Gel – PVA-nHAp و HA – PVA – nHAp و همچنین کامپوزیت چهار جزئی Gel – HA – PVA – nHAp با استفاده از فرایند تبخیر حلال ساده تهیه شد. بررسی های فازی و شیمیایی داربست به وسیله آزمون های FTIR و XRD انجام شد. توزیع و اندازه تخلخل ها و چگونگی ارتباط آن ها به یکدیگر و همچنین ناهمواری های سطح تخلخل ها با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی SEM مطالعه گردید. همچنین آزمون استحکام فشاری ضربه ای بر روی قرص های تهیه شده از این کامپوزیت انجام شد. آزمون FTIR تشکیل ترکیب شیمیایی جدیدی را نشان نداد. بالاترین استحکام فشاری ضربه ای مربوط به نمونه ی چهار جزئی بود. بررسی آنالیز SEM تشکیل داربست برای نمونه ی چهار جزئی که اندازه ی تخلخل ها را نشان داد، آنالیز XRD آمورف بودن نمونه ها را نشان می دهد و با توجه به شباهت نمودار XRD استخوان طبیعی، همچنین اندازه تخلخل ها و ذات روش تولید که منجر به تخلخلهای متصل به هم می شود، می توان از این کامپوزیت به عنوان پرکننده استخوان استفاده کرد.

فرایند جوشکاری اصطکاکی اختلاطی، یک فرایند اتصال حالت جامد می باشد که در سال 1991 توسط موسسه TWI برای اتصال آلیاژهای الومینیوم توسعه داده شد. در این پژوهش بر پایه آزمایش های تجربی، فرایند اتصال دهی ورقهای آلیاژی آلومینیوم 5456 در حالت لبه روی هم، به گونه ای که ورق کار سرد شده H321 با ضخامت 5 میلیمتر بر روی ورق آنیل با ضخامت 5/2 میلیمتر قرار می گیرد، صورت پذیرفت و تأثیر همزمان پارامترهای سرعت دورانی و سرعت پیشروی ابزار بر خواص مکانیکی و متالورژیکی در فرایند جوشکاری اصطکاکی اختلاطی مورد تحقیق قرار گرفت. نتایج بررسی ها نشان داد که افزایش سرعت دورانی و کاهش سرعت پیشروی ابزار (افزایش گام جوشکاری)، سبب افزایش حرارت ورودی، افزایش سیلان عمودی مواد، افزایش ارتفاع هوک و کاهش ضخامت مؤثر ورق شده و باعث می شود شکست از منطقه ترمومکانیکال جایی که بیشترین حرارت ورودی به آنجا وارد می شود اتفاق بیفتد و افزایش سرعت پیشروی باعث کاهش میزان اختلاط مواد و کاهش ارتفاع هوک شده و سبب شکست فصل مشترکی می شود. با برسی دقیق تر نتایج مشاهده گردید که به علت متفاوت بودن ضخامت ورق ها، وجود عیب هوک و ارتفاع و جهت گیری مناسب آن در این طرح اتصال مفید بوده و باعث افزایش استحکام شده و در تست کشش سبب شکست از فلز پایه در ورق 5/2 میلیمتر گردید.

در این پژوهش تاثیر دمای پیشگرم بیلت بر نیروی انجام فرآیند اکستروژن معکوس گرم یک مخزن از جنس فولاد میکروآلیاژی وانادیم دار، مورد بررسی قرار گرفت. ابتدا رفتار تغییر شکل پلاستیک فولاد مورد نظر توسط آزمون فشار گرم در دماهای 850 تا ℃ 1250 تحت نرخ کرنش های مختلف به دست آمد. سپس با کمک این داده ها فرآیند اکستروژن معکوس برای مخزن مورد نظر با روش اجزاء محدود در محدوده دمایی ذکر شده شبیه سازی شد. نتایج آزمون فشار گرم و اجزاء محدود نشان داد که با افزایش دمای پیشگرم از 850 به ℃ 1250، مقدار تنش بیشینه از 200 بهMPa 42 کاهش می یابد و نیروی انجام فرآیند اکستروژن معکوس گرم از 247 به Ton 43 کاهش پیدا می کند. در ادامه، ریزساختار نمونه ها توسط میکروسکوپ نوری مورد بررسی قرار گرفت که هیچگونه عیبی در ریزساختار آنها مشاهده نگردید. در نهایت باتوجه به نیروی محاسبه شده وارد به سنبه در فرآیند اکستروژن معکوس گرم در دمای ℃ 1200 به مقدار Ton 48 و تنش بیشینه بدست آمده در آزمون فشار گرم به مقدارMPa 53، فرآیند اکستروژن معکوس گرم بر روی بیلت فولادی در دمای پیشگرم ℃ 1200 در کارگاه انجام شد که تغییرشکل بیلت به پریفورم مخزن بدون ایجاد انحراف ابعادی، چین خوردگی و ترک صورت گرفت.