فرآیندهای نوین در مهندسی مواد
سال:1390 | دوره:5 | شماره:4 (پیاپی 19) |تعداد مقالات:8

آلیاژ ریختگی پایه کبالت ASTM F-75 به طور گسترده ای برای ساخت ایمپلنت های ارتوپدی و دندانپزشکی استفاده می شود. این آلیاژ پس از ریخته گری از یک سو نیازمند عملیات حرارتی همگن سازی و انحلال و از سوی دیگر نیازمند زیست فعال سازی سطح برای افزایش قابلیت پیوند با بافت زنده است. در پژوهش حاضر زیر لایه ریختگی از جنس آلیاژ ASTM F-75، با هدف انحلال و همگن کردن ساختار و افزایش زیست فعالی سطح در تماس با مواد زیست فعال، عملیات حرارتی شد. نمونه ها پس از ریخته گری دقیق در مجاورت مخلوطی از پودر هیدروکسی آپاتیت- شیشه زیستی در دمای 1220 درجه سانتی گراد و به مدت یک ساعت عملیات حرارتی گردید. برای ارزیابی زیست فعالی، نمونه های عملیات حرارتی شده در محلول شبیه سازی شده بدن (SBF) به مدت 1، 2، 3 و 4 هفته غوطه ور شدند. سطح نمونه ها قبل و بعد از غوطه وری در SBF با میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، آنالیز طیف سنجی عنصری EDS و پراش پرتو ایکس (XRD) آنالیز شدند. نتایج بدست آمده بیانگر حاصل شدن ساختاری همگن و مناسب همراه با سطحی زیست فعال بود. آگلومره های سرامیکی کوچکی قبل از غوطه وری در SBF بر روی سطح نمونه ها مشاهده شد. نتایج آزمایشگاهی زیست فعالی و تشکیل یک لایه آپاتیت شبه استخوانی بر روی نمونه ها نشان داد که نمونه های عملیات حرارتی شده به طور بالقوه برای جایگزین شدن استخوان و بازتولید بافت تحت شرایط اعمال بار زیاد مفید می باشند.

فاز b- سیالون دارای خواص مفید و کاربردهای فراوان در زمینه مهندسی است. این فاز را می توان به وسیله احیای آلومینوترمیک و نیتریداسیون آلومینو سیلیکات ها مانند آندالوزیت (Al2O3SiO2) سنتز کرد، لذا در این پژوهش تاثیر دمای عملیات حرارتی روی میزان فاز -b سیالون سنتز شده، مقدار Z و پارامترهای شبکه (c، a) و همچنین نوع ومیزان دیگر فازها مورد بررسی قرار گرفت. بر این اساس پنج دمای مختلف 1523، 1623، 1723، 1823 و 1923 کلوین به کار گرفته شد. برای تشکیل -b سیالون، آلومینیوم و آندالوزیت با نسبت 0.35 به 1 در این دماها قرار گرفت. فازهای تشکیل شده با استفاده از آنالیز پراش اشعه X مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج این بررسی ها بیانگر این موضوع است که با افزایش دما، میزان فاز -b سیالون تشکیل شده و مقدار Z افزایش می یابد. همچنین یک رابطه خطی خوبی بین پارامترهای شبکه (c، a) و مقدار Z وجود دارد.

فوم فلزی به دلیل خواص منحصر به فردی مانند استحکام به وزن بالا و جذب انرژی عالی در سال های اخیر مورد توجه فراوان قرار گرفته است. در این تحقیق فوم فلزی محلول جامد جانشینی آلومینیوم در آهن با استفاده از تکنیک کاربرد فضاساز موقت تولید شد. در فرآیند آلیاژسازی، مخلوط پودری شامل آهن و آلومینیوم در آسیاب گلوله ای سیاره ای به مدت 25 ساعت آسیا ب و سپس توسط پراش اشعه ایکس مورد ارزیابی قرار گرفت. در ادامه برای تولید قطعه فومی از NaCl به عنوان فضاساز و از رزین پلی استر به عنوان بایندر استفاده شد.زمان مورد نیاز برای خروج فضاساز از نمونه ها 4 روز به دست آمد. با استفاده از این روش، فوم محلول جامد جانشینی آلومینیوم در آهن تا 80 درصد تخلخل با موفقیت تولید شد. نمونه های تولید شده به این روش دارای دیواره های بین تخلخل بدون حفره و ترک بوده و قطر تخلخل های به دست آمده نیز بین 100 تا 500 میکرون است.

در این تحقیق به منظور تولید ترکیب بین فلزی دی سیلیساید مولیبدن (MoSi2)، پودر مولیبدن و سیلیسیم به نسبت استوکیومتری1 به 2 با هم مخلوط شدند و به مدت 20 ساعت با استفاده از آسیاب سایشی آسیاب شده و سپس در کوره تحت اتمسفر آرگون در دمای 1100 درجه سانتی گراد در زمان های مختلف تحت عملیات حرارتی آنیل، قرارگرفتند. نتایج حاصله از بررسی آنالیزهای تفرق اشعه ایکس (XRD) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) نشان می دهد که با آسیاب کاری به مدت 20 ساعت و سپس عملیات حرارتی به مدت 7 ساعت در دمای 1100 درجه سانتی گراد می توان به ترکیب دی سیلیساید مولیبدن نسبتا خالص دست یافت. از آنجایی که پودرهای بدست آمده بسیار ریز بوده، برای پاشش حرارتی مناسب نبودند. پودرهای عملیات حرارتی شده به وسیله بایندر کربوکسی متیل سلولز تحت عملیات آگلومراسیون قرار گرفته و دانه بندی شدند. نتایج نشان می دهد پودرهای آگلومره شده سیالیت مناسبی داشته و جهت استفاده در فرآیند پاشش حرارتی از شرایط مطلوبی برخوردار هستند.

قطعات ماشین آلات به کمک روش های مختلف نظیر فورجینگ، ماشین کاری، ریخته گری و جوشکاری تولید می شوند. انتخاب روش های تولید وابسته به هزینه تولید است. در این بین جوشکاری اصطکاکی با توجه به هزینه های پایین تولید و امکان اتصال قطعات از جنس غیر مشابه اهمیت فراوانی پیدا کرده است. در این تحقیق ریزساختار و خواص مکانیکی جوش اصطکاکی بین دو فولاد غیر مشابه CK35 و 18CrMo4 مورد ارزیابی قرار می گیرد بدین منظور از آزمون های مکانیکی نظیر کشش، خمش و سختی و بررسی های ریز ساختاری به کمک میکروسکوپ الکترونی روبشی و میکروسکوپ نوری کمک گرفته شد. نتایج نشان داد بالاترین استحکام کششی (576 مگاپاسکال) و حداکثر زاویه خمش (30 درجه) در زمان اصطکاک 13 ثانیه و زمان فورج 3 ثانیه بدست می آید. بررسی های ریزساختاری حاکی از حضور نواحی فلزپایه، ناحیه متاثر از حرارت و ناحیه ترمومکانیکال در دو طرف ناحیه جوش اصطکاکی است. همچنین بالاترین سختی در ناحیه جوش بدست می آید.

در تحقیق حاضر خواص پیش سازه نانوکامپوزیت (پلی 4- وینیل پیریدین/ Al-SBA-15) در راستای تشکیل فاز b-SiAlON توسط فرآیند احیای کربوترمال و نیتریداسیون (CRN) مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور ابتدا نانوکامپوزیت P4VP/Al-SBA-15 سنتز گردید و سپس نمونه ها در اتمسفر نیتروژن در دمای 1450 درجه سانتی گراد، با نرخ گرمایش (10oC/ min) و زمان ماندگاری (صفر و 6 ساعت) در درجه حرارت ماکزیمم، تحت عملیات پخت قرار گرفتند. نتایج بررسی های آنالیز فازی (XRD) نشان داد که ساختار مزوپروس به خوبی تشکیل شده و بررسی های SEM و TEM این موضوع را به خوبی تایید نمود. طیف 27Al-NMR-15 نشان داد که حضور Al درون ساختار مزوپروس Al-SBA-15 حتمی می باشد، طیف 29Si-NMR نشان داد که پلیمریزاسیون بر روی سطح Al-SBA-15 به صورت موفقیت آمیزی صورت گرفته است. آنالیز فازی XRD از نمونه های پخته شده تحت اتمسفر نیتروژن نشان دادکه فاز b-SiAlON تشکیل شده است. هم چنین نتایج نشان داد که نه تنها مقدار، نوع کربن و سطح ویژه پیش سازه فاکتورهای مهمی می باشند، بلکه با در نظر گرفتن میزان کربن بالاتر از استوکیومتری امری اجتناب ناپذیر می باشد.

در این پژوهش، نانوکامپوزیت TiB2-TiCبا استفاده از سه فرمولاسیون متفاوت 1: (Ti/B/C)، 2: (Ti/B4C) و 3: (TiO2/ H3BO3/Mg/C) به روش MASHS سنتز شد و تاثیر فعال سازی مواداولیه بر ساختار نهایی نیز مورد بررسی قرارگرفت. مخلوط پودری اولیه از طریق آسیاب کاری مکانیکی فعال و سپس در یک کوره تیوبی 1100oC سنتز شد. آنالیز XRD و SEM نمونه های آسیاب شده نشان داد که در مورد واکنش (2) و (3) فرآیند آسیاب به تنهایی نمی تواند در سنتز فازهای TiC و TiB2 موفق باشد و انجام واکنش احتراقی جهت تکمیل فرآیند سنتز ضروری است. در مورد مخلوط (1)، مدت زمان 6 ساعت آسیاب جهت سنتز محصولات کفایت نمود. آنالیز XRD و SEM نمونه های سنتز شده در کوره نشان داد که با پیش آسیاب کاری مخلوط (2) به مدت 6 ساعت و مخلوط (3) به مدت 1 ساعت بهترین نتایج به دست می آید.

سیمان اکسی کلرید منیزیم به علت دارا بودن استحکام بالا و مقاومت به سایش مناسب نسبت به سایر سیمان ها، به عنوان عامل اتصال بسیار مورد توجه قرار گرفته است. این سیمان، محصول واکنش پیچیده اکسید منیزیم، کلرید منیزیم و آب با نسبت های مولی مشخص است. انتخاب نسبت مولی مناسب بین مواد اولیه در خواص گیرشی، استحکامی و تشکیل فازهای کریستالی بسیار موثر است. د ر این تحقیق، مقدار اکسید منیزیم 13 مول وآب به میزان 12 مول انتخاب شد. به منظور بررسی اثر غلظت کلرید منیزیم در میکروساختار، خواص استحکامی و درصد جذب آب سیمان اکسی کلرید منیزیم، تغییرات مولی کلرید منیزیم در محدوده 0.5 تا 1.9 مول مطالعه شد. آنالیز فازی نمونه ها به روش تفرق اشعه ایکس (XRD) وبررسی ریز ساختاری با استفاده از میکروسکوپ الکترونی (SEM) ارزیابی گردید. نتایج نشان داد که ترکیب 13 مول اکسید منیزیم به همراه 12 مول آب و 1.5 مول کلرید منیزیم دارای بیشترین استحکام است.