فرآیندهای نوین در مهندسی مواد
سال:1388 | دوره:3 | شماره:2 (پیاپی 9) |تعداد مقالات:8

توزیع یکنواخت ذرات تقویت کننده در زمینه از مهمترین پارامترهای مورد توجه در تولید کامپوزیت ها است. یکی از راهکارها برای رسیدن به این منظور استفاده از روش آسیابکاری مکانیکی در متالورژی پودر است. در نتیجه به دست آوردن شرایط آسیابکاری بهینه از اهمیت به سزایی برخوردار است. در این پژوهش سعی شده است تا شرایط بهینه آسیابکاری ذرات تقویت کننده Ni3Al و پودر آلومینیوم جهت ساخت کامپوزیت Al.5vol.%Ni3Al مورد بررسی قرار گیرد. از طرفی برای بررسی تاثیر نوع ذرات تقویت کننده بر خواص کامپوزیت زمینه آلومینیوم از دو نوع تقویت کننده اکسیدی و بین فلزی استفاده شده است. در نهایت از آن جایی که آسیابکاری مکانیکی باعث تغییر مورفولوژی و خواص پودرها می شود، تغییر در خواص کامپوزیت های تولید شده نیز انتظار می رود. مشاهده می شود انجام آسیابکاری مکانیکی در شرایط بهینه، باعث کاهش چگالی و افزایش سختی و استحکام نهایی می شود و همچنین ذرات تقویت کننده اکسیدی در مقایسه با ذرات بین فلزی باعث افزایش سختی کمتر ولی افزایش استحکام و داکتیلیتی چشم گیری می شوند.

فرآیند ذوب آلیاژ نامنظم Ag-X%Au و آلیاژهای دوتایی منظم Ag3Au و Au3Ag در مقیاس اتمی با روش شبیه سازی دینامیک مولکولی در این کار پژوهشی مورد بررسی قرار گرفته است. این شبیه سازی در هنگرد کانونیک (NPT) انجام شده است. برای محاسبه انرژی برهمکنشی و نیروی وارد بر ذرات طلا و نقره از پتانسیل ساتن- چن کوانتومی و برای حل معادلات دیفرانسیل جفت شده بین ذرات و محاسبه مسیرهای فضای فاز از روش سرعت ورله استفاده کرده ایم. با این تکنیک تغییرات دمای ذوب آلیاژ با تغییر درصد اتمهای طلا بررسی شد. علاوه بر آن کمیت های انرژی بستگی، گرمای نهان ذوب، ضریب انبساط حجمی، ظرفیت گرمایی ویژه در فشار ثابت، چگالی و پارامتر نظم برای آلیاژهای دوتایی منظمAg3Au ،  Au3Agو فلزات طلا، نقره و آلیاژهای نامنظم Ag-X%Au با درصدهای مختلف طلا در دماهای مختلف محاسبه گردید. نتایج حاصل از شبیه سازی با نتایج تجربی قابل دسترس توافق خوبی دارند.

یکی از مهمترین پدیده های موثر بر فرآیند آهنگری، پدیده اصطکاک بین سطوح می باشد که گاهی سودمند و گاهی ناخواسته و مضر می باشد. علاوه بر رعایت یک سری اصول اساسی، معمول ترین و بهترین روش کنترل اصطکاک و سایش در این فرآیند انجام روانکاری صحیح و منظم می باشد. به دلیل کم هزینه بودن عملیات روانکاری در مقایسه با کاهش هزینه ای که این عملیات در فرآیند تولید دارد، ارزیابی روانکارها یک اصل مهم در آهنگری است. آزمایش حلقه یکی از بهترین روش های ارزیابی روانکارها می باشد که در آن با استفاده از روش تحلیل اجزای محدود ضریب اصطکاک در یک فرآیند آهنگری محاسبه می شود. در این تحقیق با استفاده از آزمایش حلقه به صورت تجربی، اثر برخی روانکارها مانند گریس و اکسید آنتیموان در کاهش اصطکاک بین قطعه و قالب آهنگری بررسی گردیده است و اثر روانکار به وضوح در ابعاد نهایی قطعه و در نتیجه کاهش اصطکاک مشاهده شده است، به طوری که باعث تبدیل اصطکاک چسبنده به اصطکاک لغزنده گردیده است. همچنین به کمک ابعاد نهایی قطعه و توسط شبیه سازی با نرم افزار تحلیل اجزای محدودABAQUS ، ضریب اصطکاک بین سطوح در شرایط مختلف تخمین زده شد که همخوانی بین مقادیر ضریب اصطکاک به دست آمده به وسیله نرم افزار تحلیل اجزای محدود ABAQUS و منحنی های کالیبراسیون اصطکاکی برای شرایط مختلف اصطکاک دیده شد.

در این تحقیق مخلوط پودری آلومینیوم حاوی مقادیر مختلف نانولوله های کربنی (2 و 5 درصد وزنی) با روش آلیاژسازی مکانیکی تهیه شد. جهت بررسی توزیع نانولوله های کربنی در پودر آلومینیوم از میکروسکوپ الکترونی روبشی استفاده گردید. توزیع اندازه ذرات در مخلوطهای پودری با استفاده از دستگاه اندازه گیری اندازه ذرات توسط لیزر بررسی و تاثیر پارامترهای فرآیند آلیاژسازی بر توزیع ذرات در طول فرآیند آلیاژسازی مشخص شد. نمونه های متراکم شده با روش اکستروژن داغ، تهیه گردید و خواص سایشی این کامپوزیت به دست آمد و این خواص بر اساس روابط موجود شبیه سازی شد. بررسیها نشان داد که پس از چهار ساعت آسیاکاری مخلوط پودری آلومینیوم حاوی 5 درصد وزنی نانولوله های کربنی، یک توزیع یکنواخت از نانولوله های کربنی در ذرات ورقه ای شکل آلومینیوم حاصل می شود. آسیاکاری مخلوط پودری در مدت زمانهای بیش از چهار ساعت باعث ایجاد ذرات هم محور آلومینیوم شده که این ذرات حاوی نانولوله های کربنی به صورت محبوس می باشند. نتایج آنالیز اندازه ذرات توسط لیزر نشان می دهد که اندازه متوسط ذرات (D50) و گستردگی توزیع اندازه ذرات (D90-D10) با افزایش زمان آسیاکاری و همچنین افزایش میزان نانولوله های کربنی کاهش می یابد. نتایج نشان می دهند، خواص سایشی نانوکامپوزیت تولید شده Al-2%CNT  و Al-5%CNT نسبت به نمونه آلومینیوم خالص در حدود 32% و 38% افزایش می یابد. همچنین نتایج شبیه سازی شده میزان سایش بر حسب فاصله، تطابق خوبی با نتایج آزمایشگاهی نشان داد.

به منظور تولید نانوپودر هیدروکسی آپاتیت ابتدا با استفاده از اسید ارتوفسفریک محلول حاوی فسفر و با کمک محلول آبی هیدروکسیدکلسیم محلول حاوی کلسیم تهیه گردید. محلول های حاوی فسفر و کلسیم به آهستگی به یکدیگر افزوده شدند. محلول حاصل در شرایط مشخص و به مدت زمان کافی هم زده شد و به pH حدود 10 رسانده شد. محصول به دست آمده پس از قرار گرفتن در دمای 85 درجه سانتی گراد و به مدت 24 ساعت خشک و با آسیای گلوله ای خرد گردید. آزمون های پراش پرتو ایکس (XRD) جهت بررسی رفتار بلورینگی، آنالیز وزن سنجی حرارتی (TGA) جهت بررسی رفتار حرارتی و به منظور صحت تولید نانوپودر از میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) استفاده گردید. نتایج به دست آمده از آزمون XRD و همچنین بررسی توسط TEM بیانگر تولید پودر نانوهیدروکسی آپاتیت با متوسط ضخامت کمتر از 30nm است. نتایج آنالیز TGA نشان می دهد که درصد کاهش وزن برای کلیه پودرهای نگهداری شده در دماهای 23-، 25 و 160 درجه سانتی گراد کمتر از 5 درصد می باشد که نشان دهنده وابستگی جزیی تخریب به دمای نگهداری می باشد.

شیشه سیلیکون اکسی کاربید1، با استفاده از هیدرولیز همزمان یک پیش ماده متشکل از تترااتیل ارتوسیلیکات (TEOS)  و وینیل تری اتوکسی سیلان (VTMS) سنتز شد. تاثیر دمای عملیات حرارتی بر پایداری حرارتی ساختار آن، توسط تکنیک های تفرق اشعه X (XRD)، طیف سنجی زیر قرمز تبدیل فوریه (FTIR) و آنالیز گرمایی (TGA) بررسی گردید. شبکه شیشه سیلیکون اکسی کاربید تا دمای 1300 درجه سانتی گراد آمورف بود. با افزایش دما به 1400 درجه سانتی گراد، ساختار آمورف شیشه سیلیکون اکسی کاربید به سمت تشکیل ذرات کریستالی بسیار ریز سیلیکون کاربید در زمینه آمورف سیلیس پیش می رود. نتایج FTIR وجود پیوندهای Si-O و Si-C را در شیشه نهایی نشان داد. نتایج آزمایشات به وضوح بر پایداری حرارتی بسیار خوب و کاهش وزن کم در دماهای بالا دلالت دارد.

کاربرد ولاستونیت (CaSiO3) در صنایع مختلف توجه محققان را بر تولید به صورت مصنوعی جلب کرده است. از طرفی با توجه به اهمیت بازیافت مواد در جوامع صنعتی کنونی با وجود تعداد قابل ملاحظه ای واحد صنعتی در زمینه برش سنگ و متعاقبا ایجاد چند میلیون تنی خاکه سنگ (لجن سنگ) در حین فرآیند برش به صورت سالیانه در کشور ایران، در این کار به مطالعه خواص فیزیکی و شیمیایی خاکه ایجادی و متقابلا به بررسی امکان بکارگیری آن در سنتز ولاستونیت به عنوان یک منبع آهکی پرداخته شده است. رویه آزمایشگاهی با بکارگیری مواد اولیه خاکه سنگ، میکروسیلیس، سیلیس صنعتی، کربنات کلسیم با مش بندی های 400، 800، 1500 و 2500 به صورت مقایسه ای بر سه مبنای تغییرات نسبت مولی CaO.SiO2، تغییر مواد اولیه و بکارگیری مواد پرخلوص و تغییرات دمایی از 1100 تا 1400 درجه سانتی گراد پایه گذاری شده است. نتایج توسط فرآیند اتوکلاوینگ جهت اندازه گیری درصد اکسید کلسیم آزاد و آنالیز توسط میکروسکوپ نوری، پراش پرتو ایکس (XRD) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) بررسی شده است. با توجه به نتایج نسبت مولی بهینه CaO.SiO2 برابر با 0.85 در دمای 1300 درجه سانتی گراد حاصل گردیده است.

فیلم کراتین- کایتوسن به وسیله قالب گیری مخلوط این دو بیوپلیمر در اسید استیک 75% وزنی تهیه می شود. اگر چه فیلم های کراتین بدون هیچ افزودنی بسیار شکننده است، اما با افزودن 10 الی 30 درصد وزنی کایتوسن می توان استحکام کششی را به میزان 27 الی 34 مگاپاسکال و انعطاف پذیری و درصد ازدیاد طول آن را به میزان 4 الی 9 درصد افزایش داد. افزودن 20 درصد وزنی گلیسیرول نیز باعث افزایش انعطاف پذیری فیلم های کراتین می شود. افزایش بیشتر کایتوسن به کراتین حاوی گلیسیرول باعث افزایش استحکام کششی به میزان 9 الی 14 مگاپاسکال می گردد، اما اثر چندانی بر درصد ازدیاد طول و انعطاف پذیری نمی گذارد. بر اساس این اطلاعات می توان خصوصیات مکانیکی فیلم های کراتین را با مقادیر مناسب کایتوسن، گلیسیرول و ژلاتین تنظیم کرد. در این مقاله همچنین اثر کامپوزیت کراتین-کایتوسن- ژلاتین بر چسبندگی و رشد سلولی مورد مطالعه و بررسی قرار گرفت که نشان دهنده بهبود و افزایش چسبندگی و رشد سلولی بود. لازم به ذکر است که این کامپوزیت نیز به خوبی فیلم های کایتوسن، خاصیت ضد باکتری از خود نشان داد. تکثیر سلولی بر روی این ترکیبات نیز بررسی شد که نتیجه آن تکثیر بیشتر سلول ها بر روی کامپوزیت کراتین-کایتوسن- ژلاتین نسبت به-فیلم های کراتین خالص بدون هیچ افزودنی بود.