فرآیندهای نوین در مهندسی مواد
سال:1391 | دوره:6 | شماره:4 (پیاپی 23) |تعداد مقالات:12

در این تحقیق، امکان تولید پودر نانو ساختار آلیاژ Ni-Ti با استفاده از فرآیند آلیاژسازی مکانیکی به طور مستقیم و یا با کریستالیزاسیون فاز آمورف حاصل از آن مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور عملیات آلیاژسازی مکانیکی و عملیات حرارتی متعاقب آن بر روی دو نوع از مخلوط پودر های عنصری تیتانیم و نیکل انجام گرفت. عملیات آلیاژسازی مکانیکی پودر های مذکور به مدت حداکثر 50 ساعت درون آسیاب گلوله ای سیاره ای و تحت اتمسفر گاز آرگون انجام شد. برای بررسی مورفولوژی پودرها، فرآیند آمورف شدن و ایجاد فازها و ترکیبات مورد نظر از دستگاه های پراش اشعه ایکس، کالریمتری تفریقی روبشی، و میکروسکوپ الکترونی روبشی استفاده شد. نتایج نشان می دهد ترکیب حافظه دار NiTi با ابعاد نانومتری، با انجام عملیات کریستالیزاسیون فاز آمورف حاصل از آلیاژسازی مکانیکی به خوبی تشکیل گردید.

عمده ترین مشکل مربوط به استفاده از فولادهای ساده کربنی در دماهای نسبتا بالا مربوط به پدیده اکسیداسیون و خوردگی این گروه از مواد است. از سویی آلومینیم و آلیاژهای آن بدلیل دارا بودن مقاومت به اکسیداسیون مطلوب، قابلیت افزایش کارائی فولادهای ساده کربنی در دماهای بالا را دارا می باشد. بنابراین در این پژوهش، ایجاد روکش غنی از آلومینیم بر سطح فولاد ساده کربنی 1006-AISI توسط فرآیند جوشکاری قوس تنگستن (GTAW) به منظور غلبه بر مشکل مذکور مورد بررسی قرار گرفت. مطالعات ریزساختاری انجام شده توسط میکروسکوپ های نوری و الکترونی روبشی (SEM) حاکی از تشکیل یک روکش یکدست حاوی توزیع نسبتا یکنواختی از رسوبات سوزنی شکل بر سطح زیرلایه بود. مطالعات فازی انجام شده توسط آزمون XRD همراه با مطالعه ترکیب شیمیایی با استفاده از آنالیز EDS نشان داد، لایه روکش ایجاد شده متشکل از زمینه بین فلزی FeAl به همراه رسوبات بین فلزی سوزنی شکل Fe3Al و FeAl3 توزیع شده در کل ساختار لایه روکشی می باشد. آزمون ریزسختی سنجی انجام شده بر روی نمونه ها دلالت بر افزایش دوبرابری سختی سطحی فولاد روکش کاری شده داشت. نتایج حاصل از آزمون اکسیداسیون نمونه ها در دمای 500oC به مدت 100-10 ساعت نشان داد روکش مذکور موجب بهبود قابل ملاحظه مقاومت به اکسیداسیون نمونه ها می گردد.

در این مقاله، تاثیر دما و میزان عامل اسفنجی کننده (سیلیکون کاربید) بر خواص و ریزساختار شیشه های اسفنجی حاصل از ضایعات پانل نمایشگر لوله اشعه کاتدی و ضایعات شیشه های سودالایم مورد بررسی قرار گرفته است. به این منظور، ابتدا پودر هر یک از دو شیشه ذکر شده با اندازه ذرات کمتر از 63 میکرومتر تهیه شده و سپس پودر سیلیکون کاربید با مقادیر مختلف (2، 4، 6 و 8 درصد وزنی) به آن ها افزوده شد. پودرهای حاصل تحت فشار پرس تک محوره قرار گرفته و سپس در محدوده دمایی 1050-750 درجه سانتی گراد با برنامه پخت ثابت، سینتر گردیدند. برای بررسی خواص فیزیکی و مکانیکی نمونه ها، آزمون های تعیین دانسیته، تخلخل سنجی و استحکام خمشی انجام گرفت. همچنین برای مطالعه ریزساختار نمونه ها، تصاویر میکروسکوپی آن ها با میکروسکوپ الکترونی روبشی تهیه شد. نتایج حاصل از نمونه ها نشان داد که سیلیکون کاربید، امکان کنترل ریزساختار شیشه های اسفنجی در رسیدن به اندازه حفرات ریز با توزیع نسبتا باریک را می دهد. نمونه حاوی شیشه سودالایم و 4 درصد وزنی سیلیکون کاربید که در دمای 850 درجه سانتی گراد فوم شده بود، دارای بیشترین میزان تخلخل (90%) و استحکام خمشی معادل 0.57 مگاپاسکال بود اما ریزساختار درشت و نامتقارن داشت. در مورد شیشه پانل و 6 درصد وزنی سیلیکون کاربید که در دمای 950 درجه سانتی گراد سینتر شده بود، بیشترین میزان تخلخل حدود 55 درصد و استحکام خمشی 12 مگاپاسکال بود که ریزساختار نسبتا یکنواختی داشت. این خواص نسبت به خواص نمونه های تجاری، بهبود قابل ملاحظه ای یافته است.

در این پژوهش، پیوند بین ذرات نمونه های متالورژی پودرآلیاژ Cu-10Sn-10Pb ساخته شده از مخلوط پودری مورد بررسی قرار گرفت. پودرهای مس، قلع و سرب با اندازه ذرات زیر 100 میکرون با نسبت های وزنی فوق، مخلوط و تحت فشار 550 مگاپاسکال فشرده سازی شدند. پس از بررسی های آنالیز حرارتی، نمونه ها در محدوده دمایی 750 تا 800 درجه سانتی گراد به مدت 60 دقیقه تحت اتمسفر آرگون تف جوشی شدند. با مقایسه نتایج متالوگرافی و شکست نگاری، مقدار و نوع فاز مایع گذرا و یا فاز مایع پایدار بررسی و مطالعه شد. با افزایش دمای تف جوشی، به علت همگنی ناشی از نفوذ فاز مایع و تغییر آرایش دانه ها، استحکام پیوند بین ذرات قابل مقایسه با استحکام خود ذرات بوده و شکست درون دانه ای سهم بیشتری را نسبت به شکست مرزدانه ای به خود اختصاص می دهد.

دراین تحقیق هدف بررسی اثر آماده سازی سطح و زمان پوشش دهی بر روی رفتار خوردگی آلیاژ آلومینیوم 7075-T6 پوشش داده شده توسط اکسید سریم می باشد. بدین منظور نمونه هایی از آلومینیوم در محلول سریم کلرید در حضور آب اکسیژنه و گلیسیرین تحت پوشش دهی قرار گرفت. جهت بررسی رفتار خوردگی پوشش مزبور از آزمایش های پلاریزاسیون در محیط 3.5 درصد وزنی محلول آب نمک در دمای محیط استفاده شد. چربی زدایی توسط استون، اچ کردن در محلول سدیم هیدروکسید به همراه فعال کردن آلیاژ درون محلول اسید سولفوریک قبل از پوشش دهی به عنوان مناسب ترین آماده سازی سطح انتخاب شد. یافته های آزمایشی نشان داد پوشش حاصل پس از 24 ساعت خشک شدن در دمای محیط از پوشانندگی مناسبی برخوردار بوده و موجب کاهش جریان خوردگی به میزان 97.66% گردید.

فولادهای زنگ نزن مارتنزیتی بدلیل خواص مکانیکی عالی و خواص خوردگی متوسط، کاربردهای زیادی در ژنراتورهای بخار و صنایع غذایی (مانند mixer blade) دارند. درتحقیق حاضر برای بررسی ریزساختار، از میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی و برای بررسی خواص مکانیکی از آزمون های ضربه، کشش و سختی استفاده شد. همچنین تاثیر دمای عملیات آستنیته کردن (1030oC، 970oC)، زمان تمپر و دمای تمپر بر روی ریز ساختار و خواص مکانیکی فولاد مذکور مورد بررسی قرار گرفت. در ادامه برای دستیابی به بالاترین انرژی ضربه و استحکام به طور همزمان عملیات آستنیته کردن دوبل (آستنیته کردن در دمای 1030oC، کوئنچ در روغن، عملیات تمپر در دمای 200oC، آستنیته کردن مجدد در دمای 970oC، کوئنچ در روغن، عملیات تمپر در دمای 650oC) بررسی گردید. نتایج نشان داد با افزایش دمای آستنیته از 970oC به 1030oC انرژی ضربه افزایش و سختی و استحکام کششی تغییر چندانی نمی کند. همچنین در عملیات آستنیته کردن دوبل بالاترین خواص انرژی ضربه و استحکام کششی و سختی به دست می آید. دلیل این مساله در ارتباط با آن است که در عملیات آستنیته اول که در دمای بالا انجام می شود کاربیدها در زمینه (آستنیت) حل می شوند. عملیات تمپر در دمای پایین (200oC) منجر به رسوب کاربیدهایی می شود که در عملیات آستنیته دوم که در دمای پایین تر انجام می شود مانع رشد دانه های آستنیت شده و بنابراین یک ساختار ریز دانه از آستنیت ایجاد می گردد. و بنابراین ترکیب بهینه ای ازاستحکام و انرژی ضربه بدست می آید. همچنین پدیده سختی ثانویه در فولاد مذکور در محدوده دمایی 350oC-420oC مشاهده شد.

افزایش تقاضا برای دی الکتریک های با ثابت دی الکتریک و اتلاف دی الکتریک پایین (برای افزایش سرعت سیگنال) در محدوده طول موج مایکروویو منجر به افزایش روند تحقیقات در زمینه دی الکتریک های مایکرویو شده است. همچنین شیشه سرامیک ها دارای ویژگی های دی الکتریک برتر از فلزات و پلیمرهای آلی هستند. در این تحقیق سینترپذیری و ویژگی های دی الکتریک شیشه سرامیک سیستم Cao-SiO2-MgO بررسی شده است. نتایج حاصل از سینترپذیری نشان داد که این ترکیب برای کاربردهای دما پایین (LTCC) با دمای زینترینگ800-860oC  (1000oC>) مناسب می باشد. شیشه سرامیک سینتر شده در دمای 860oC، ثابت دی الکتریک 6.13 و اتلاف 0.0037 را در محدوده 8-12 گیگاهرتز نشان داد.

در این تحقیق، شکل پذیری ورق های دو لایه مس- فولاد زنگ نزن آستنیتی 304L توسط فرآیند شکل دهی چرخشی مورد بررسی قرار گرفته است. برای تولید ورق های دولایه از روش جوشکاری انفجاری و جهت یکنواختی سطح این ورق ها از نورد سرد استفاده شد. جهت بررسی فرایند نفوذ در فصل مشترک اتصال مس - فولاد زنگ نزن آستنیتی، ابتدا نمونه های کشش از قطعات جوشکاری شده، تهیه و عملیات حرارتی آنیل در دمای 300oC (زیر دمای تبلور مجدد) به مدت زمان 32 ساعت انجام شد. پس از انجام آزمون کشش بر روی نمونه های عملیات حرارتی شده، از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و آنالیز اسپکتروسکپی انرژی پراکنده (EDS) جهت بررسی احتمال نفوذ در مواد متصل شده استفاده گردید. پس از اطمینان از سیکل عملیات حرارتی، ورق های دولایه با لایه داخلی مس و لایه خارجی فولاد، تحت فرایند شکل دهی چرخشی قرار گرفتند. فرایند شکل دهی چرخشی بر روی ورق های عملیات حرارتی شده انجام و پارامترهای موثر بر شکل پذیری نظیر جنس ابزار و مسیرهای شکل دهی ابزار و نسبت اسپینینگ مورد بررسی قرار گرفت. بررسی های ریزساختاری نمونه ها نشان دادکه فصل مشترک اتصال مس - فولاد زنگ نزن آستنیتی L 304، موجی شکل است و عملیات حرارتی آنیل کردن به مدت 32 ساعت، باعث افزایش قابل توجه نفوذ در فصل مشترک این اتصال و افزایش شکل پذیری چرخشی ورق های دولایه شده است. انتخاب ابزار (SPK (1.2436، مسیر حرکتی اینولوت و نسبت اسپینینگ پایین تر از 2.5 باعث افزایش شکل پذیری ورق های دولایه توسط فرآیند شکل دهی چرخشی می شود.

در این تحقیق مخلوط پودری آلومینیم حاوی مقادیر مختلف نانولوله های کربنی (2 و 5 درصد وزنی) با روش آسیاب کاری تهیه شد. توزیع اندازه ذرات در مخلوط های پودری با استفاده از دستگاه اندازه گیر اندازه ذرات بررسی شد. به منظور بررسی اندازه کریستال ها آزمایش تفرق اشعه X انجام شد. در ادامه یک مدل جدید به منظور تخمین میزان کرنش و تنش وارده بر پودرها ارائه شد و نمودار تنش - کرنش پودرها رسم شده و میزان کارسختی پودرها محاسبه گردید. میزان انرژی کسب شده توسط پودرها نیز با انتگرال گیری از سطح زیر نمودار تنش - کرنش محاسبه شد. سپس میزان انرژی که توسط آسیاب به پودرها وارد می شود نیز بدست آمده و با تقسیم انرژی کرنش بر انرژی آسیاب میزان بازدهی آسیاب بدست آمد. به منظور بررسی اندازه کریستال ها آزمایش تفرق اشعه X انجام شد. نتایج نشان داد که با افزایش زمان آسیاب کاری و همچنین درصد نانولوله های کربنی، اندازه ریزتری از مخلوط پودرها حاصل می شود. نمودارهای تنش بدست آمده نشان داد که با افزایش زمان آسیاب کاری تنش وارد شده بر پودرها افزایش می یابد همچنین تنش بیشتری به نمونه های کامپوزیتی وارد می شود. بررسی ها نشان داد که با افزایش میزان آسیاب کاری میزان بازدهی آسیاب بیشتر می شود با این وجود نرخ بازدهی آسیاب کاهش می یابد. مطالعات تفرق اشعه ایکس مخلوط های پودری نشان می دهد که در فرایند آسیاب کاری مخلوط پودری، اندازه کریستال های کوچک تری نسبت به پودرهای خالص ایجاد می شود.

ایجاد لایه نازک تیتانیایی بر زیرپایه فولادی به روش غوطه وری زیرپایه در سل انجام شد. پیش ماده تیتانیم تترا ایزوپروپوکسید مورد استفاده قرار گرفت. نتایج حاصل از XRD نشان داد تیتانیا در فاز آناتاز متبلور شده است. نتایج میکروسکوپی شامل SEM، AFM و TEM تشکیل لایه نانومتری بر روی زیرپایه را تایید نمودند. زبری پوشش به ترتیب متاثر از میزان PEG، دمای کلسیناسیون، تعداد لایه و pH سل است. حضور PEG باعث افزایش زبری پوشش و حساسیت لایه به افزایش تعداد لایه می شود. افزایش دمای کلسیناسیون باعث افزایش زبری می شود. افزایش تعداد لایه در نمونه های فاقد PEG منجر به کاهش زبری شد در حالی که در نمونه های حاوی PEG رفتار کاملا متفاوتی نشان داد. افزایش pH نیز منجر به کاهش زبری سطح شد.

پودرهای قالب نقش اساسی را در پایداری فرآیند ریخته گری مداوم فولاد نظیر ایجاد تختال ایفا نموده و نقش مهمی در پایداری فرآیند دارند. وظایف اصلی پودرهای روانساز قالب حفاظت فلز از اکسیداسیون به منظور کیفیت سطحی نهایی محصول، جلوگیری از اتلاف حرارتی، روانسازی بین دیواره های قالب و پوسته منجمد شده می باشد. در زمینه اهداف این پژوهش، قسمتی از فلورین به خاطر سمی بودن توسط موادی نظیر دی اکسید تیتانیوم و اکسید منگنز در ترکیب پودر قالب جایگزین شده است. همچنین از کلینکر سیمان پرتلند که بدون ناخالصی های مضر سولفاته است به عنوان ترکیب اصلی پودر قالب ریخته گری مداوم فولاد استفاده شده است. مطالعات ویسکومتر شیاری برای بررسی ویسکوزیته، آنالیز پراش اشعه ایکس و آنالیز میکروسکوپ الکترونی روبشی برای بررسی رفتار کریستالی انجام شد. نتایج حاصله تایید نمود که دو پودر قالب کم فلوئور با جایگزینی موادی نظیر دی اکسید تیتانیوم و اکسید منگنز حاصل گردیده است.

در این پژوهش، پودر نانوکامپوزیت زمینه پلیمری پلی تترافلوئورواتیلن - آلومینا (PTFE/Al2O3) به روش آسیاب کاری گلوله ای پرانرژی در دمای محیط ساخته شد. مورفولوژی و ساختار کریستالی و ملکولی ذرات نانوکامپوزیت نهایی توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، طیف سنجی تفکیک انرژی (EDS)، تفرق اشعه (XRD) X و اسپکتروفتومتر مادون قرمز با تبدیل فوریه (FTIR) مورد ارزیابی قرار گرفتند. نتایج ارزیابی ها نشان دادند که با آسیاب کاری تا مدت 20 ساعت، نانوذرات Al2O3 به طور مناسب از حالت آگلومره خارج شده و به صورت همگن درون ذرات پلیمر توزیع شده اند. همچنین مشاهده شد که فرایند آسیاب کاری گلوله ای سبب تخریب جزئی در ساختار کریستالی PTFE شده و در نتیجه اندازه واحدهای کریستالی را تا حدودی کاهش می دهند. بر طبق نتایج حاصل از FTIR، پس از 20 ساعت آسیاب کاری، تغییری در ساختار ملکولی PTFE که حاکی از تخریب آن باشد مشاهده نشد.