مواد نوین
سال:1394 | دوره:5 | شماره:3 (پیاپی 19) |تعداد مقالات:13

ذرات کاربید سیلیسیوم (SiC) با استحکام مکانیکی بسیار بالا، به عنوان موادی مناسب جهت ساخت پوشش های کامپوزیتی با سختی و مقاومت به سایش بالا مورد استفاده قرار گرفته اند. در این پژوهش پوشش کامپوزیتی Ni-P-SiC به روش آبکاری شیمیایی روی زمینه ای از جنس آلیاژ آلومینیم Al6061 رسوب داده شد. سختی پوشش های حاصل در دو حالت، پوشش کامپوزیتی به همراه نانوذرات کاربید سیلیسیوم و پوشش نیکل- فسفر معمولی، مورد بررسی قرار گرفت. مشخصه یابی پوشش ها به کمک طیف نگاری تفکیک انرژی (EDS) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) انجام گرفت. رفتار سایشی پوشش ها با آزمون پین روی دیسک مورد ارزیابی قرار گرفت و ضریب اصطکاک پوشش ها نیز گزارش شدند. برای بررسی زبری سطح پوشش ها از آزمون زبری سنجی استفاده شد. نتایج نشان داد که مشارکت نانو ذرات کاربید سیلیسیوم در پوشش کامپوزیتی، سبب افزایش سختی، مقاومت سایشی پوشش و ضریب اصطکاک آن ها شده است. بهبود رفتار تریبولوژیکی پوشش کامپوزیتی Ni-P-SiC را می توان به استحکام مکانیکی منحصر به فرد کاربید سیلیسیوم نسبت داد.

در این مطالعه ابتدا پوشش Ni-P/nano TiO2 با محلول تجاری بر روی زیرلایه آلومینیومی اعمال و ویژگی های مختلف آن مورد بررسی قرار گرفت. سپس با افزودن فعال کننده سطحی SDS خواص این پوشش مطالعه شد. بعد از آن تاثیر پایدارکننده Thiourea بر روی پوشش ارزیابی و پس از آن، به بهینه سازی غلظت نانوذرات TiO2 و دور همزن برای حصول بیش ترین سختی در پوشش پرداخته شد. در آخر با استفاده همزمان پایدارکننده و فعال کننده سطحی تاثیر آن بر روی مورفولوژی و سختی پوشش مورد بررسی و نتایج با حالت های قبل مقایسه شد. نتایج نشان داد استفاده از محلول تجاری بدون هیچ نوع ماده افزودنی برای اعمال ذرات TiO2 مناسب نیست و محلول در مدت زمان کمی ناپایدار می گردد. با اعمال فعال کننده سطحی SDS پایداری محلول اندکی بهبود پیدا کرد لکن سختی پوشش کاهش می یابد (345 HV) که دلیل این موضوع ایجاد ساختار گل کلمی و وجود تخلخل زیاد در پوشش است. با اعمال پایدارکننده Thiourea علاوه بر اینکه مشکل پایداری محلول مرتفع گردید، سختی پوشش نیز افزایش یافت. سختی در این حالت به مقدار بیشینه 792 HV رسید. نرخ پوشش دهی و درصد حضور نانوذرات TiO2 در این حالت به ترتیب مقادیر 19 mm/h و 3.8 درصد وزنی اندازه گیری شد که در میان همه پوشش ها بیشینه مقدار است. در نهایت نیز مشخص شد اعمال همزمان پایدارکننده و فعال کننده سطحی باعث کاهش کیفیت پوشش خواهد شد.

در این تحقیق، پارچه پلی استری با پوششی از نانوذرات پلی (3- آلکیل تیوفن) به روش پلیمرشدن شیمیایی و لایه نشانی بخار شیمیایی تهیه شده است. پوشش دهی منسوج در محفظه پلیمرشدن در مدت زمان مشخص و دمای مورد نیاز (40oC و 8h در پلیمرشدن همزمان و 65oC و 2h در روش لایه نشانی بخار شیمیایی) انجام شده است. مقاومت سطحی نمونه های پوشش دهی شده توسط ولت متر دیجیتال اندازه گیری شده است که در روش لایه نشانی بخار شیمیایی هدایت الکتریکی نسبت به روش پلیمرشدن همزمان افزایش چشمگیری دارد. تصاویر میکروسکوپ الکترون روبشی (SEM) نشان می دهد که سطح پارچه به صورت مطلوب توسط ذرات پلیمری در ابعاد نانومتری پوشش یافته است. تصاویر بدست آمده از کالای پلی استری با پوششی از نانو ذرات پلی (3- متیل تیوفن) در ابعاد (50nm در روش لایه نشانی بخار و 80nm در روش همزمان) و منسوج پلی استری با پوششی از نانوذرات (3-هگزیل تیوفن) در ابعاد (60nm در روش لایه نشانی بخار و 85nm در روش همزمان) را نشان می دهد که در روش بخار شیمیایی لایه به صورت کاملا یکنواخت شکل گرفته است. طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه (FTIR) جهت تایید شکل گیری ذرات پلیمری روی سطح نمونه، انجام شده است که پیک های بدست آمده حضور نانو ذرات را کاملا تایید می کند. آنالیز طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی (EIS) به منظور بررسی مقاومت سطحی نمونه های پوشش دهی شده انجام شده است (PES>PES-P3MT>PES-P3HT). توسط آنالیز گرماسنجی پویشی تفاضلی (DSC) رفتار حرارتی نمونه های پوشش دهی شده با نانوذرات پلی (3- متیل تیوفن) و پلی (3- هگزیل تیوفن) به دو روش لایه نشانی بررسی شده است و شکل گیری نانو ذرات بر روی سطح کالا کاملا مشخص شده است. (Tg=65oC PES-P3H و Tm=255oC و Tg=45oC PES-P3MT و Tm=255oC).

پوشش سرامیکی آلومینا بر روی فولاد ضدزنگ 316L به منظور بهبود ویژگی های سطحی و افزایش مقاومت به خوردگی کاشتنی های مورد استفاده در بدن با بکارگیری فرایند پوشش دهی پلاسمای الکترولیتی ایجاد شد. حمام الکترولیت شامل کربنات سدیم و نیترات آلومینیوم آماده و سپس نمونه ها با جریان مستقیم و ولتاژ بهینه 145 ولت پوشش داده شدند. ترکیب شیمیایی نمونه ها به وسیله آنالیز تفرق اشعه ایکس (XRD) و مورفولوژی سطح نمونه های پوشش داده شده به وسیله میکروسکوپ الکترونی روبشی مطالعه شد. خواص سایشی و سختی نمونه های پوشش داده شده و بدون پوشش در محلول رینگر بررسی شد نمونه های پوشش دار بهبود رفتار سایشی و سختی را نشان داد. رفتار خوردگی نمونه ها با اجرای آزمون های الکتروشیمیایی در محلول فیزیولوژیکی ارزیابی گردید تا تاثیر پوشش ها به عنوان عاملی برای افزایش مقاومت به خوردگی تعیین شود. نتایج آزمون های مکانیکی بهبود رفتار نمونه های با پوشش آلومینا را نسبت به نمونه بدون پوشش نشان می دهند. ریزساختار نشان می دهد که زمان بهینه پوشش دهی در ولتاژ 145 ولت و جریان 1.7 آمپر، 10 دقیقه می باشد. آنالیز XRD تشکیل فاز a-Al2O3 را تایید می کند. مقاومت به خوردگی نمونه با پوشش آلومینا نسبت به نمونه بدون پوشش به دلیل کاهش جریان و مثبت شدن پتانسیل در آزمایش تافل افزایش یافته است.

در این تحقیق، نانولایه کاربید تانتالوم با ضخامت 500 نانومتر بر روی سطح آلیاژ Ti-6Al-4V با روش رسوب دهی فیزیکی از فاز بخار با پرتو الکترونی به منظور اصلاح سطح زیرلایه، پوشش داده شد. با ارزیابی سختی سطح نمونه ها، سختی سطح نمونه اصلاح شده با پوشش کاربید تانتالوم (Ti-6Al-4V/Ta2C) نسبت به نمونه بدون پوشش (Ti-6Al-4V) به عنوان شاهد از 346HV به 640HV افزایش یافت. هم چنین با انجام آزمون خوردگی در محلول فیزیولوژیکی هنکس مشاهده گردید که چگالی جریان خوردگی در نمونه ها در مقایسه با نمونه شاهد از 2 mA/cm2 به 1.5 mA/cm2 کاهش می یابد که بیانگر بهبود مقاومت به خوردگی نمونه اصلاح شده می باشد. پس از آزمون خوردگی با بررسی میزان رهایش یون های V، Al و Ti، غلظت عناصر آزاد شده پس از پوشش دهی به بیش از نصف میزان آنها در قبل از پوشش دهی کاهش می یابد. هم چنین افزایش رشد و تکثیر سلول های MG-67 (استئوبلاست) و چسبیدن و پهن شدن آنها بر روی سطح نمونه های پوشش دهی شده نسبت به نمونه شاهد توسط آزمون های برون تنی و سمیت سلولی مشاهده گردید. نهایتا، آزمون های پراش پرتو ایکس، بررسی های میکروسکوپ الکترونی روبشی و آنالیز عنصری به ترتیب برای شناسایی فازها، بررسی مورفولوژی و تعیین در صد عناصر نمونه ها انجام گرفت. بنابراین نتایج این مطالعه نشان داد که آلیاژ Ti-6Al-4V پوشش داده شده با کاربید تانتالوم با توجه به مقاومت خوردگی و خواص سطحی عالی، گزینه مناسبی برای کاربرد در ایمپلنت های ارتوپدی می باشد.

در این تحقیق تحلیل اجزای محدود آزمون سختی پذیری استاندارد، بصورت حرارتی و متالورژیکی با استفاده از نرم افزار اجزای محدود ABAQUS انجام گرفت. به این منظور زیر روال مناسب بر مبنای مدل کینتیکی Macknienko که قادر به پیش بینی میزان جزء حجمی و سختی فازهای ایجاد شده در حین سرمایش پیوسته است، تعریف و در گردش اطلاعات داده های نرم افزار بکار گرفته شد. نتایج بدست آمده از تحلیل اجزای محدود با نتایج آزمایشگاهی استخراج شده از منابع معتبر و هم چنین مدل متالورژیکی بکار رفته در نرم افزار تجاری JMATPRO مقایسه گردید. این نتایج نشان از دقت بالاتر مدل Machnienko نسبت به مدل بکار رفته در نرم افزار تجاری JMATPRO دارد که علت این امر را می توان در تعریف دقیق تر شرایط استحاله در این مدل و خصوصی سازی مدل بر اساس نتایج آزمایشگاهی ماده مورد نظر در این روش جستجو نمود.

در این پژوهش، نقش مولیبدن و میزان آن بر ایجاد ساختار آمورف در نیکل حین آلیاژسازی مکانیکی بررسی شد. به منظور آلیاژسازی مکانیکی از آسیاب گلوله ای سیاره ای پر انرژی استفاده شد. مخلوط پودرهای نیکل و مولیبدن خالص به عنوان مواد اولیه با دو سرعت آسیاب کاری متفاوت و با اندازه های متفاوت گلوله های آسیاب تحت فرایند آلیاژسازی مکانیکی قرار گرفت. مقدار مولیبدن در مخلوط پودر با دو نسبت اتمی 20 و 35 درصد اتمی در نظر گرفته شد. به منظور بررسی تغییرات ساختار پودر در حین فرایند آلیاژسازی مکانیکی از آنالیز پراش پرتو ایکس (XRD) استفاده شد. مورفولوژی و ذرات پودر نهایی با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) مشاهده گردید. نتایج حاصل از این پژوهش نشان داد که با افزایش سرعت آسیاب و کاهش اندازه گلوله ها در فرایند آلیاژسازی مکانیکی و در مقدار بهینه مولیبدن، آمورف شدن کامل نیکل با استفاده از فرایند آلیاژسازی مکانیکی امکان پذیر است.

در این کار، نانوساختارهای مختلف طلا با استفاده از روش ساده و مقرون به صرفه آندایز تولید می شود. عوامل کلیدی در تولید این نانوساختارها، قطر و عمق نانوحفره های آلومینا می باشد که با شرایط آندایز قابل کنترل هستند. در اینجا، طلا با استفاده از روش تبخیر فیزیکی لایه نشانی می شود و مقدار آن تاثیر مهمی در مورفولوژی ساختار مورد نظر دارد. بعد از لایه نشانی طلا در صورتی که عمق حفره ها زیاد باشد، نانوحفره های طلا حاصل می شود. قطر این نانوحفره های طلا، علاوه بر این که به قطر قالب نانوحفره آلومینا بستگی دارد، به مقدار لایه نشانی نیز وابسته است. اگر عمق حفره های آلومینا کم باشد، بعد از لایه نشانی، نانومیله های طلا ساخته می شود. قطر این نانومیله ها نیز به قطر قالب نانوحفره آلومینا و میزان لایه نشانی، بستگی دارد. ساختار دیگری که با کنترل ساختار نانوحفره های آلومینا و کنترل میزان لایه نشانی حاصل می شود، نانونقطه های طلاست. اگر عمق حفره های نانوقالب آلومینا در حدود اندازه قطر حفره ها باشد، نانونقطه ها حاصل می شوند. این روش را می توان جهت ساخت نانوساختارهایی از جنس های مختلف، با ویژگی عدم انحلال در اسیدی که جهت حل کردن نانوقالب آلومینا استفاده می شود، نیز به کار برد.

در تحقیقات انجام گرفته در چند سال اخیر، استفاده از نانوذرات در مواد مرکب زمینه فلزی به دلیل اثرات برتر آن ها بر خواص مکانیکی و فیزیکی، مورد توجه زیاد پژوهش گران قرار گرفته است. به علت ترشوندگی ضعیف نانوذرات توسط فلز زمینه حین ریخته گری و نسبت بالای سطح به حجم نانوذرات، رسیدن به توزیع یکنواخت ذرات درون زمینه مشکل است. در فرایند ساخت، نانوذرات تمایل به تشکیل توده های ذره ای به شکل خوشه ای دارند. توده ای شدن نانوذرات اثرات نامطلوبی بر استحکام و انعطاف پذیری مواد مرکب ذره ای دارد. در این تحقیق، از روش ریخته گری گردابی برای تهیه نمونه های ماده مرکب تقویت شده با نانوذرات استفاده شد و پس از آن، نمونه های ریخته گری شده به منظور بهبود توزیع ذرات درون زمینه، به میزان های مختلف نورد سرد شدند. سپس، بررسی های ریزساختاری و خواص مکانیکی بر روی آن ها انجام شدند. نتایج آزمون کشش و مشاهدات ریزساختاری با استفاده از میکروسکوپ نوری و الکترونی روبشی، تاثیر سودمند نورد سرد بر اصلاح ریزساختاری را تایید کردند. با انجام فرایند آنیل، آثار کارسختی ناشی از نورد سرد در نمونه ها حذف شد و استحکام و انعطاف پذیری آن ها افزایش یافت. چقرمگی نمونه های نورد شده نسبت به نمونه های اولیه (as-cast) تقریبا 19 برابر افزایش یافت.

فوم کامپوزیتی فلزی، گروه جدیدی از خانواده مواد متخلخل و سلولی است. این مواد علاوه بر داشتن دانسیته و وزن کم قابلیت جذب انرژی بالایی دارند که برای استفاده در صنایعی چون خودروسازی بسیار مناسب می باشد. در این تحقیق فوم کامپوزیتی زمینه آلومینیومی با استفاده از کره های تو خالی فولاد کم کربن و فولاد زنگ نزن به روش ریخته گری گرانشی تولید شد. این فوم شامل کره های تو خالی در زمینه ای از آلیاژ آلومینیوم A356 است. در این تحقیق رفتار جذب انرژی فوم کامپوزیتی تحت نیروی تک محوری فشاری بررسی شد. نتایج نشان می دهد که این فوم ها نه تنها استحکام بیش تری نسبت به فوم های تجاری ساخته شده از مواد مشابه دارد، بلکه نسبت استحکام به چگالی بالاتری نیز دارند. علاوه بر این، فوم های فلزی معمولا به دلیل غیرهمسانگرد بودن ساختار و غیر قابل پیش بینی بودن رفتار فوم تحت اعمال نیرو، محدودیت های کاربردی دارند. اما فوم های کامپوزیتی ساخته شده با استفاده از کره های تو خالی به دلیل یکسان بودن شکل، اندازه و ضخامت دیواره سلول ها دارای ساختاری همسانگرد و در نتیجه رفتاری قابل پیش بینی تر نسبت به فوم های فلزی رایج دارند.

نانولوله های کربنی در کنار خواص حرارتی، مکانیکی و الکتریکی مطلوب، دارای خواص ضعیف مغناطیسی می باشند. با پوشش دهی نانولوله های کربنی توسط نانو ذرات فرومغناطیسی چون آهن، نیکل و کبالت می توان خاصیت مذکور را بهبود بخشید. در این تحقیق نانو ذرات نیکل توسط روش شیمی تر بر سطح نانولوله های کربنی جانشانی شد. از آنجایی که واکنش پذیری سطح نانولوله کربنی ضعیف می باشد در ابتدا از فرایند اسیدشویی جهت تشکیل گروه های عاملی استفاده شد و سپس با استفاده از روش شیمی تر نانو ذرات نیترات نیکل بر سطح نانولوله کربنی جانشانی و سپس در اتمسفر هوا کلسینه و در نهایت در اتمسفر هیدروژن نانو ذرات نیکل در سطح نانولوله کربنی تشکیل شد. بررسی خواص کامپوزیت تولیدی توسط میکروسکوپ های TEM، SEM و دستگاه وزن سنجی حرارتی، تفرق اشعه ایکس و مغناطوسنجی VSM صورت گرفت. نتایج تحقیقات بیانگر توزیع مطلوب نانو ذرات نیکل بر سطح نانولوله کربنی و بهبود خواص مغناطیسی آن می باشد.

(اکسید تیتانیوم) تیتانیا یکی از ترکیباتی است که تحت تاثیر طیف ماوراء بنفش نور طبیعی فوتواکتیو می شود .دیده شده که افزایش اکسید تنگستن این خاصیت را در برابر نورهای مصنوعی بهبود می بخشد. دراین پژوهش، سل تیتانیوم با استفاده از پیش ماده آلکوکسیدی تهیه و سدیم-تنگستات دی هیدراته به عنوان پیش ماده اکسید تنگستن در درصدهای مختلف به آن اضافه گردید و تاثیر آن بر روی خواص حفاظت کنندگی فوتوکاتدی پوشش ها بررسی شد. سل آماده شده به روش غوطه وری روی زیرلایه فولاد 316L پوشش داده شد. بررسی ساختار بلوری و مورفولوژی سطح پوشش ها به ترتیب توسط آنالیزهای XRD و FE-SEM انجام گرفت. از آنالیز (FTIR) جهت بررسی پیوند های موجود در ساختار پوشش استفاده شد. جهت بررسی خواص حفاظت کنندگی فوتوکاتدی پوشش ها از آزمایش های پتانسیو متری و پلاریزاسیون تافل استفاده گردید. بررسی الگوهای XRD نشان داد که ورود اکسید تنگستن به ساختار تیتانیا اندازه بلورک های آن را کاهش داده است. از سوی دیگر تصاویر FE-SEM دلالت برآن دارد که افزودن اکسید تنگستن باعث یکنواختی بیشتر ساختار نانو ذرات اکسیدتیتانیوم شده است. بررسی طیف سنجی مادون قرمز وجود پیوند بین Ti-O و W-O را تایید نمود. نتایج حاصل از آزمایش های پتانسیومتری نشان داد که افزودن اکسید تنگستن در درصدهای مختلف وزنی باعث بهبود خواص فوتو کاتدی پوشش اکسید تیتانیوم شده است.

در این تحقیق، اثر مستعدپذیری میکرو ساختار مقطع جوشکاری شده آلیاژ 6061 با روش جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی به خوردگی مرز دانه ای مورد ارزیابی قرار گرفت. آزمون غوطه وری مطابق با استاندارد ASTM G110 بر روی آلیاژ پایه و مناطق مختلف جوش (نواحی دکمه جوش و متاثر از حرارت) انجام پذیرفت و سطوح خورده شده توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی (FE-SEM) آنالیز شدند. بعد از اجرای آزمون در دو زمان غوطه وری متغییر 24 و 48 ساعت، نتایج حاصل از آنالیز میکرو ساختاری نشان داد که در نمونه های جوشکاری شده، مناطق مختلف جوش مستعد به خوردگی مرزدانه ای بودند و همچنین تمایل به حفره دار شدن نیز از خود نشان دادند. میزان حساسیت به حملات خوردگی با افزایش زمان غوطه وری، افزایش یافت. منطقه دکمه جوش نسبت به منطقه متاثر از حرارت در دو زمان غوطه وری 24 و 48 ساعت، مقاومت به خوردگی مرز دانه ای از خود نشان داد. آلیاژ پایه رفتار خوردگی متفاوتی را در هر دو زمان نیز از خود نشان داد. محصولات خوردگی در ناحیه دکمه جوش به شکل خاصی (شبیه به مجرای دودکش) در نمونه های جوشکاری شده بعد از گذشت 48 ساعت از زمان غوطه وری مشاهده گردید.