فرآیندهای نوین در مهندسی مواد
سال:1398 | دوره:13 | شماره:1 (پیاپی 48) |تعداد مقالات:10

زئولیت را به می توان عنوان یکی از مواد معدنی طبیعی در جذب فلزات سنگین استفاده کرد. فعال سازی این جاذب طبیعی با مواد شیمیایی مختلف موجب افزایش ظرفیت جذب آن می شود. در این تحقیق، برای فعال سازی زئولیت از روش پوشش دهی با دی اکسید منگنز استفاده شد. به منظور حذف فلزات سنگین، نمونه زئولیت اصلاح شده و چندین ترکیب از پساب مصنوعی مورد آزمایش قرار گرفت. پساب مورد آزمایش حاوی یون های فلزات سنگین با غلظت های مختلف از جمله Cu2+، Cd2+، Zn2+، Co2+، Pb2+ و Ni2+ بود. در این تحقیق، معادلات ایزوترم های جذب لانگمور، فروندلیچ، تمکین وBET و همچنین سینتیک جذب به منظور توسعه یک مدل که نمایانگر رفتار جذب باشد، مورد بررسی قرار گرفت. طبق نتایج، ایزوترم BET رویه قابل قبول تری نسبت به دیگر ایزوترم ها ارائه می کند اما در مورد پیش بینی مقادیر جذب شده (qe) توصیف ضعیف تری نسبت به ایزوترم لانگمور دارد. طبق پارامتر حداکثر جذب لانگمور، حداکثر ظرفیت های جذب بدست آمده به وسیله زئولیت اصلاحی تحت شرایط بهینه به صورت ) mg/g 51/10Ni2+(، mg/g) 87/14 Co2+(، mg/g) 97/8Zn2+(، ) mg/g 59/10Cu2+(، mg/g) 69/13Cd2+( و mg/g) 65/40Pb2+( بدست آمد. همچنین، نتایج مطالعات سینتیکی نشان داد که مدل سینتیکی شبه درجه دوم ضریب همبستگی دقیق تری نسبت به نوع شبه درجه اول دارد. بنابراین مدل سینتیکی شبه درجه دوم به عنوان یک مدل برای تشریح سینتیک جذب در نظر گرفته شد.

ترکیب پیزوالکتریک عاری از سرب Ba0. 85Ca0. 15Zr0. 1Ti0. 9O3 (BCZT) با استفاده از روش متداول سرامیک ها سنتز و اثر افزودن 1/0% مولی Bi2O3 بر فرایند زینتر و خواص دی الکتریک، فروالکتریک و پیزوالکتریک این ترکیب مطالعه شد. در راستای کاهش اتلاف بیسموت در دماهای بالای کلسیناسیون و زینتر BCZT، ، دو روش متفاوت برای افزودن بیسموت به ساختار این ترکیب بکار گرفته شد؛ در روش اول، Bi2O3 مطابق فرمولاسیون ([(Ba0. 85, Ca0. 15)1-xBi3x/2](Zr0. 1, Ti0. 9)O3 با جبران بار در مکان های A-ی ساختار با سایر مواد اولیه مخلوط گردید و در روش دوم، ابتدا ترکیب BCZT سنتز و سپس Bi2O3 بدون جبران بار با این ترکیب مخلوط شد و پس از شکل دهی، سرامیک های BCZT-Bi زینتر گردیدند. آنالیزهای فازی و ریزساختاری با استفاده از تکنیک پراش اشعه ی X (XRD) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) انجام گردید. نمودارهای وابستگی دمایی و فرکانسی خواص دی الکتریک، بیانگر آن بود که با اضافه کردن 1/0% مولی Bi2O3 این سرامیک ها از رفتار طبیعی مواد فروالکتریک تبعیت می کنند. نتایج به دست آمده حاکی از آن بود که اضافه کردن بیسموت بعد از سنتز BCZT نسبت به روش دوم در افزایش چگالی و بهبود خواص الکتریکی موثرتر می باشد. در دمای زینتر ° C1350 برای ترکیب BCZT-Bi0. 1 ضرایب پیزوالکتریک مستقیم و معکوس، فاکتور جفت شدگی الکترومکانیکی و قطبش باقی مانده به ترتیب d33=325 pC/m، d33*=675 pm/V، kp=0. 42 و Pr=10. 4 µ C/cm2 به دست آمد.

در این پژوهش با استفاده از فرآیند جوشکاری با الکترود دستیSMAW، لایه مقاوم به سایش توسط الکترود ESAB 85. 65 برروی فولاد ساده کربنی ایجاد و اثر تعداد پاس بر ریزساختار، مقاومت سایشی و سختی بررسی گردید. از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و طیف سنجی اشعه ایکس (XRD) به منظور مشاهده ریزساختار، شناسایی نوع فازها و مورفولوژی رسوبات در منطقه جوش استفاده گردید. همچنین به منظور بررسی سختی و مقاومت به سایش، از آزمون ریزسختی سنجی ویکرز، سختی سنجی راکول و آزمون مقاومت به سایش پین روی دیسک استفاده شد. نتایج نشان داد که در ساختار نمونه های سخت کاری شده، فازهای کاربیدهای کمپلکس Fe2W2C و M6C، فازهای فریت و آستنیت مشاهده می گردد. فاز کاربیدی Fe2W2C غنی از تنگستن و کربن بوده و به عنوان یک کاربید با سختی و مقاومت به سایش بالا شناخته می شود. همچنین با افزایش تعداد پاس های فرآیند، میزان سختی نمونه های سخت کاری افزایش یافته است به طوریکه نمونه حاصله از فرآیند سه پاس با میانگین سختی HRC59 نسبت به نمونه تک پاسHRC) 54)، سختی بهتری دارد. نتایج آزمون سایش نشان می دهد که کمترین کاهش وزن مربوط به نمونه جوشکاری شده با سه پاس در دمای بالا می باشد. همچنین مشاهده می شود که با افزایش سختی، مقاومت به سایش نیز افزایش می یابد.

هر ساله مقادیر قابل توجهی از محصولات نیکلی مورد استفاده در فرآیندهای مختلف شیمیایی و مصارف عمومی با سپری شدن عمر مفید کاری از چرخه مصرف خارج می شوند که به علت دارا بودن محتوی نیکل بالا، منبع با ارزشی برای بازیابی نیکل به شمار می روند. تهیه نیکل فلزی از منابع ثانویه عموماً به روش هیدرو-الکترومتالورژی انجام می گیرد. با توجه به اینکه بیشتر محلول های حاصل از فرآوری مواد ثانویه نیکل دار از عیار نسبتاً پایینی برخوردارند، فرآیند بازیابی الکترولیتی نیکل از این محلول ها با چالش رو به رو است؛ به ویژه آنکه غلظت نیکل در صنعت الکترووینینگ عموماً بالاتر از 80 گرم بر لیتر است. در این پژوهش الکترووینینگ نیکل از محلول های سولفاتی کم عیار به صورت پیوسته، با انتخاب چهار متغیر دما، سرعت جریان ویژه الکترولیت، چگالی جریان و غلظت نیکل به کمک طرح عاملی کامل دو سطحی مورد آزمایش قرار گرفته و تأثیر این عوامل بر روی بازده جریان و مصرف ویژه انرژی بررسی شده است. از تجزیه و تحلیل آماری نتایج معلوم شد که افزایش همه متغیرهای آزمایش موجب بهبود بازده جریان شده است، در حالیکه سرعت جریان ویژه الکترولیت، چگالی جریان و غلظت نیکل تأثیر کاهشی بر مصرف ویژه انرژی داشته اند. در نهایت با استفاده از مدل های آماری به دست آمده، شرایط بهینه الکترووینینگ جهت دستیابی به محصول نیکل ورقه ای با بازده جریان بالا و حداقل مصرف انرژی، به صورت دمای ° C 55، چگالی جریان A/dm2 3، سرعت جریان ویژه الکترولیت h− 1 3 و غلظت نیکل g/L30 تعیین شد.

در این پژوهش، مقاومت به خوردگی داغ پوشش نفوذی آلومینایدی اعمال شده روی سوپر آلیاژ اینکونل 713C به روش الکتروشیمیایی مورد بررسی قرار گرفت. در این رابطه، آزمایش های پلاریزاسیون پتانسیودینامیک در دمای 750 درجه سانتیگراد و تحت شرایط اتمسفری در دو نوع نمک مذاب انجام شد. نمک اول حاوی 70% سولفات سدیم و 30% کلرید سدیم و نمک دوم حاوی 70% سولفات سدیم، 25% کلرید سدیم و 5% پنتا اکسید وانادیوم بود. همچنین، ترکیب فازی و ریزساختار پوشش ها و محصولات خوردگی با روش های پراش پرتو ایکس و میکروسکوپ الکترونی روبشی مجهز به طیف سنج تفکیک انرژی بررسی شد. نتایج نشان داد که در حضور ترکیبات وانادیوم قدرت حفاظت کنندگی پوشش بیشتر است و در منحنی پلاریزاسیون آندی پوشش یک ناحیه وسیع با جریان تقریبا ثابت مشاهده می شود. در این محیط، یک لایه متراکم از محصولات خوردگی مشاهده شد. در غیاب وانادیوم، نمونه پوشش دار و بدون پوشش سرعت خوردگی مشابهی نشان دادند اما در محیط حاوی وانادیوم سرعت خوردگی نمونه ها کمتر بود. در این حالت پوشش ها رفتار فعال آندی از خود نشان دادند. محصولات خوردگی در محیط عاری از وانادیوم به صورت متخلخل و ناپیوسته مشاهده شدند.

پوشش آلیاژی نانو ساختار کبالت– تنگستن با استفاده از روش آبکاری الکتریکی پالسی با فرکانس Hz 200 از حمام سیتراتی در دمای ° C 60 روی زیر لایه فولاد ساده کربنی تهیه گردید. در این تحقیق، تاثیر غلظت سولفات کبالت در حمام و سیکل کاری بر ساختار بلوری، اندازه کریستالیت، سختی و مقاومت به خوردگی پوشش مورد بررسی قرار گرفت. مورفولوژی سطحی و ترکیب پوشش ها با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و آنالیز EDS مورد بررسی قرار گرفت. اندازه دانه های کریستالی به کمک آنالیز پراش اشعه ایکس(XRD) و رابطه شرر محاسبه شد. میکروسختی پوشش ها با استفاده از دستگاه میکروسختی سنج ویکرز اندازه گیری شد. بررسی نتایج نشان می دهند پوشش آبکاری شده در غلظت سولفات کبالت mol/l2/0 و سیکل کاری %60 با چگالی جریان متوسط A/dm21 پوشش بهینه با سختی معادل Hv 758 بوده است. عملیات حرارتی پوشش آمورف حاصل از چگالی جریان A/dm24 در شرایط خلا بالا سبب کریستالی شدن پوشش می شود. مقدار سختی پوشش از Hv 436 قبل از عملیات حرارتی به Hv 1059 پس از عملیات حرارتی در دمای Cº 600 رسید. با افزایش دما تا Cº 600 ساختار پلی کریستال با ترکیبات فازی Co3W و CowO4 شکل گرفت که دلیل افزایش سختی در این دما است. عملیات حرارتی سبب بهبود مقاومت به خوردگی پوشش شده است. پوشش عملیات حرارتی شده در دمایCº 400 کمترین نرخ خوردگی را داشت.

جوشکاری مقاومتی نقطه ای کاربرد زیادی در صنعت و به خصوص در ساخت بدنه و برخی قطعات خودرو دارد. همچنین از روش جوشکاری مقاومتی در تولید لامپ های هالوژن خودرو نیز استفاده می شود. در این تحقیق، با هدف بهینه سازی راندمان خط تولید و نیز بهبود استحکام جوش مقاومت نقطه ای لامپ های خودرو، بررسی های تجربی روی عوامل موثر بر استحکام جوش دو قطعه وینگ(Wing) به بادی(Body) در لامپ های هالوژن H4 (نوربالا-پایین) خودرو انجام شده است. فرایند طراحی آزمایش ها و تحلیل نتایج به روش تاگوچی و با کمک نرم افزار Minitab صورت گرفت. میزان تاثیر عواملی همچون جریان جوش، زمان و جنس الکترود جوشکاری در نمونه های واقعی لامپ بررسی شد. نتایج آزمایش ها و تحلیل های آماری حاکی از وابستگی بالای استحکام جوش به زمان در درجه اول و با اختلاف کمی در درجه دوم به جریان جوشکاری است. نتایج نشان داد که با هر جنس الکترود به کار رفته در جوشکاری، در صورت افزایش زمان و جریان جوش تا حد متوسط (s4/0 و KA6 )، استحکام جوش بهبود پیدا می کند. ولی در مقادیر بالای زمان و جریان، تاثیر منفی بر استحکام جوش مشاهده می شود. اگرچه جنس الکترود جوشکاری سومین رتبه را در تاثیر بر استحکام جوش دارد، اما راندمان خط تولید در صورت استفاده از الکترودهای تنگستن به مقدار قابل توجه 29. 17% نسبت به الکترودهای از جنس مس بیشتر بود. این در حالی است که استحکام جوش توسط الکترود تنگستن فقط به مقدار 5. 5% کمتر از الکترود مس است که این استحکام هنوز در محدوده مجاز و قابل قبولی از استانداردهای مربوطه قرار گرفته است.

با رشد و توسعه فزاینده علم و فناور ی نانو، کاربرد نانو سنسورها، سیستم های نانو الکترومکانیکی، سیستم های نانوالکترونیکی و وسایل نانو فتونیکی رو به افزایش است. نانوسیم ها به عنوان یکی از اجزاء کلیدی این سیستم ها نقش قابل توجهی در عملکرد درست آنها دارند. بنابراین شناخت رفتار مکانیکی-حرارتی نانوسیم ها از اهمیت ویژه ای برخوردار است. با توجه به مشکلات اجتناب ناپذیر در انجام آزمایش های تجربی بر روی نانو سیم ها، از جمله نیاز به تجهیزات بسیار دقیق و پیشرفته و همچنین هزینه و زمان زیاد مورد نیاز برای انجام این آزمایش ها، تعدادی از پژوهشگران به مدل سازی و شبیه سازی رفتار نانو سیم ها پرداخته اند. شبیه سازی دینامیک مولکولی یکی از بهترین روش های شناخت خواص نانو سیم ها می باشد که در اغلب شبیه سازی های نانو مقیاس از این روش استفاده می شود. با استفاده از روش های شبیه سازی و مدل سازی می توان خواص نانو سیم ها را با صرف هزینه اندک و زمان بسیار کوتاهی، در مقایسه با روش های تجربی، به انجام رساند. در این مقاله، با هدف شناخت رفتار مکانیکی-حرارتی نانوسیم طلا، تاثیر دما ( 300، 450، 600 و 700 درجه کلوین) و نرخ کرنش (1/s 108 2، 1/s 109 2 و 1/s 1010 2) بر خواص مکانیکی نانوسیم از جمله منحنی تنش-کرنش، تنش تسلیم، تنش در لحظه شکست و میزان ازدیاد طول نانوسیم با قطر و طول به ترتیب 3 و 6 نانومتر به روش دینامیک مولکولی با استفاده از روش اتم جایگزین شده (پتانسیل EAM ) بررسی شده است.

نیترید تانتالوم به دلیل سختی بالا و مقاومت به خوردگی خوب توانسته است توجهات زیادی را به عنوان پوششی مناسب جلب نماید. اما چقرمگی شکست لایه های نازک نیترید تانتالوم که یکی از عوامل تاثیرگذار بر طول عمر پوشش است، هنوز به خوبی بررسی نشده است. در این پژوهش، برای نخستین بار، چقرمگی شکست، پلاستیسیته و حساسیت به نرخ کرنش لایه های نازک نیترید تانتالوم به کمک روش نانو فرورونده بررسی و ارزیابی شد. در این بررسی نشان داده شده که تغییرات چقرمگی شکست فازهای مختلف نیترید تانتالوم از MPa√ m 6/0 تا MPa√ m 7/8 بسته به میزان نیتروزن موجود در سیستم لایه نشانی و به تبع آن نیتروژن موجود در شبکه نیترید تانتالوم افزایش می یابد. همچنین دو فاز مهم نیترید تانتالوم یعنی γ-Ta2N و δ-TaN دارای حساسیت به نرخ کرنش منفی و مثبت هستند که می توان این رفتار را به تغییرات ساختار فازی حین انجام آزمون نسبت داد.

هدف از انجام این تحقیق بررسی امکان جایگزینی فرآیندجوشکاری قوس تنگستن گاز با فرآیندجوشکاری اصطکاکی اغتشاشی جهت اتصال آلیاژ آلومینیم (А М Г 6М ) می باشد. در این راستا پس از اعمال پارامترهای اولیه برای هر دو فرآیند جوشکاری ضمن دستیابی به پارامترهای بهینه، آزمونهایی مانند آزمون کشش، خمش، رادیوگرافی، سختی سنجی، بررسی ساختاری و بررسی میزان اعوجاج بر روی نمونه ها انجام گرفت. نتایج حاصل ازاین تحقیق نشان داد که اندازه دانه بدست آمده برای فلز جوش اصطکاکی اغتشاشی و قوس تنگستن گاز به ترتیب 6 و14 میکرون می باشد که درمقایسه با اندازه دانه درفلز پایه که برابر با 30 میکرون است، ریز شده اند. استحکام کششی نهایی اتصال در جهت همراستای نورد و عمود بر خط جوش در مورد اتصالات جوش اصطکاکی اغتشاشی نسبت به اتصالات جوش قوس تنگستن گاز به مراتب بالاتر است؛ Mpa 364 در مقابلMpa 278. افت سختی در ناحیه فلز جوش تقریبا در هر دو فرآیند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی و قوس تنگستن گاز در یک محدوده بوده است. میزان اعوجاج اندازه گیری شده در جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی یک چهارم فرآیندجوشکاری قوس تنگستن گاز میباشد. نتیجه آزمایش خمش نمونه جوش اصطکاکی اغتشاشی از رویه مانند نتیجه آزمایش فلز پایه عاری از ترک می باشد. لذا به منظور افزایش خواص مکانیکی و متالورژیکی و همچنین کاهش اعوجاج اتصالات جوشی در سازه های آلومینیومی، فرایند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی گزینه مناسبی جهت جایگزینی با فرآیند جوشکاری قوس تنگستن گاز تشخیص داده شد.