فرآیندهای نوین در مهندسی مواد
سال:1390 | دوره:5 | شماره:1 (پیاپی 16) |تعداد مقالات:8

کامپوزیت های زمینه آلومینیوم به علت نسبت استحکام به وزن زیاد کاربردهای وسیعی در صنایعی نظیر هوافضا، اتومبیل، الکترونیک و غیره پیدا نموده اند. در سال های اخیر، تحقیقات زیادی در زمینه استفاده از فرآیند آلیاژسازی مکانیکی برای سنتز مواد پیشرفته صورت گرفته است. در این تحقیق، کامپوزیت زمینه آلومینیوم با ذرات تقویت کنندهAl2O3-Tin  به روش آلیاژسازی مکانیکی تولید گردید. از پودر اکسید تیتانیم و آلومینیوم به عنوان مواد اولیه استفاده شد و آسیاب کاری در آتمسفر نیتروژن با فشار 5 آتمسفر انجام شد. نتایج نشان داد در اولین مرحله از فرآیند سنتز، اکسید تیتانیم به وسیله آلومینیوم احیا می شود و در ادامه فرآیند، تیتانیم تولیدی با آلومینیوم باقیمانده و یا نیتروژن واکنش انجام می دهد. در صورتی که نسبت مولی آلومینیوم به اکسید تیتانیم برابر 4/1 باشد، محصول سنتز پس از 10 ساعت آسیاب کاری، اکسید آلومینیوم و آلومینایدهای تیتانیم می باشد و هیچ مقدار نیترید تیتانیم تولید نمی شود. با کاهش مقدار آلومینیوم مصرفی و رسیدن به نسبت مولی آلومینیوم به اکسید تیتانیم برابر 2/1 و 3/1، پس از 10 ساعت آسیاب کاری، پیک های نیترید تیتانیم در نتایج XRD نمایان می شود.

در این تحقیق از روش سنتز احتراقی به همراه فعال سازی مکانیکی جهت تولید کاربید تیتانیم و نانوکامپوزیت های TiC-SiO2 و TiC-Al2O3 با استفاده از روتیل به عنوان یک ماده اولیه ارزان قیمت و از آلومینیوم و سیلیسیم به عنوان عامل احیا کننده استفاده گردید. آسیاب کاری مخلوط های اولیه با نسبت استکیومتری به مدت زمان های 8، 10، 20 و 60 ساعت در یک آسیاب سیاره ای- گلوله ای انجام شد. هنگامی که از آلومینیوم به عنوان عامل احیا کننده استفاده شد، نتایج XRD نشان داد پس از 10 ساعت آسیاب کاری، واکنش بین Al/C/TiO2 به صورت احتراقی خود برقرار شروع شده و با افزایش زمان آسیاب کاری به 20 ساعت واکنش کامل می شود. با اندازه گیری اندازه دانه های فاز TiC و Al2O3 مشخص شد که متوسط اندازه دانه های هر دو فاز کمتر از 28 نانومتر می باشند.نانوکامپوزیت TiC- Al2O3 در نمونه های 20 ساعت آسیاب کاری شده، در دماهای 800 و 1200 درجه سانتی گراد عملیات حرارتی شد و مشاهده گردید که هیچ گونه تغییر فازی در ساختار به وجود نیامده و اندازه دانه ها در مقیاس نانو باقی ماندند. اما هنگامی که از سیلیسیم برای احیا روتیل (TiO2) استفاده شد، نتایج XRD نشان داد حتی پس از 60 ساعت آسیاب کاری اثری از پیک های کاربید تیتانیم بر روی نمودار پراش اشعه ایکس مشاهده نگردید و فقط از شدت پیک های سیلیسیم کاسته شده و به پهنای آنها افزوده شده است. پودرهای اکتیو شده در یک کوره لوله ای دارای اتمسفر کنترل شده در دماهای مختلف سنتز شد. سنتز نانوکامپوزیت TiC-SiO2 در نمونه های 10 ساعت آسیاب کاری شده در دمای 1200 درجه سانتی گراد صورت گرفت و نتایج XRD نشان داد که با افزایش زمان آسیاب کاری به 60 ساعت دمای سنتز به مقدار قابل توجهی کاهش یافته و به دمای 900 درجه سانتی گراد رسیده است.

در این تحقیق آلیاژ هایپریوتکتیک روکش سخت پایه Fe-Cr-C به روش جوشکاری GTAW بر روی فولاد ساده کربنیAISI 1010 ایجاد گردید. آنالیز شیمیایی لایه سخت به روش اسپکتروگرافی نشر نوری (OES) تعیین شد و جهت بررسی ریزساختار و تجزیه و تحلیل فازها از مطالعات میکروسکوپ نوری(OM) ، الکترونی (SEM) و پراش سنجی پرتو (XRD) X استفاده شد. نتایج آزمون متالوگرافی مشخص نمود که لایه روکش سخت حاصل دارای 3 منطقه متالورژیکی بوده که از نظر ضخامت و ترکیب شیمیایی متفاوت هستند. همچنین ریزساختار لایه روکش سخت در منطقه ضخیم تر منطقه (III) متشکل از کاربیدهای کروم - آهن (Cr,Fe)7 C3 اولیه به همراه یوتکتیک آستنیت و کاربید کروم - آهن (Cr,Fe)7 C3 بود. نتایج متالوگرافی، طیف سنجی تفکیک انرژی (EDS)، طیف سنجی تفکیک طول موج (WDS) و سختی سنجی میکروسکوپی مشخص نمود که کاربیدهای اولیه (Cr,Fe)7 C3 موجود در منطقه اصلی منطقه (III) لایه روکش سخت از اندازه، توزیع، ترکیب شیمیایی و سختی متفاوتی برخوردار هستند به نحوی که اندازه، درصد اتم کروم و سختی کاربیدهای اولیه به سمت سطح روکش سخت افزایش یافته و در مقابل تراکم آنها در واحد سطح کاهش یافتند. درصد حجمی فاز یوتکتیک و فاصله مرکز تا مرکز کاربیدهای یوتکتیک نیز به سمت سطح روکش افزایش یافتند.

به دلیل کارپذیری پایین شمش های ریختگی اینکونل 718، نمی توان فرآیندهای شکل دهی را مستقیما بر روی این گونه شمش ها انجام داد. بنابراین، تعیین سیکل همگن سازی و ترمومکانیکی مناسب برای تبدیل ساختار ریختگی به ساختار کار شده به عنوان هدف اصلی تحقیق حاضر می باشد. لذا با اعمال سیکل همگن سازی و فرآیندهای متفاوت آهنگری داغ بر شمش های ریختگی اینکونل 718، چگونگی تبدیل ساختار دندریتی ریختگی به ساختار کار شده تحقیق شد. تغییرات ریزساختاری حاصل توسط میکروسکوپ های نوری و الکترونی مورد ارزیابی قرار گرفت. در نهایت، ساختار همگن با توزیع دانه بندی یکنواخت (ASTM 2-3) به دست آمد.

در این تحقیق تولید کامپوزیت های TiAl–Al2O3 و TiAl-Al2O3-Ti2AlC به روش سنتز انفجاری مورد مطالعه قرار گرفت. این کامپوزیت ها به طور موفقیت آمیزی با استفاده از پودرهای اولیه TiO2، Al و C سنتز شدند. برای مشخصه یابی محصول کامپوزیتی تولید شده از آنالیز تفرق اشعه ایکس (XRD) و جهت بررسی ریزساختار و تایید فازهای تشکیل شده از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) مجهز به آنالیز EDS استفاده گردید. نتایج نشان داد که واکنش ترمیتی TiO2 با Al باعث تولید درجای کامپوزیت TiAl- Al2O3 می شود. با افزودن کربن به مخلوط ترمیتی، امکان تولید مستقیم Ti2AlC بدون تشکیل محصولاتی نظیر TiC حاصل می شود. به دلیل وجود مقدار کم کربن در مخلوط ترمیت، Ti2AlC از TiAl مذاب در مجاورت ذرات کربن رسوب می کند. تصاویر SEM نشان داد که کامپوزیت TiAl - Al2O3 دارای ذرات Al2O3 یکنواخت و کوچکتر از 1 μm در زمینه آلومیناید تیتانیوم می باشد و در مورد کامپوزیت TiAl–Al2O3 –Ti2AlC  یک ریزساختار ورقه ای با دانه های کشیده حاصل می شود.

در این تحقیق یک روش پلیمریزاسیون فصل مشترکی برای ساخت کامپوزیت های نانوساختار هیدروکسی آپاتیت- نایلون 6 و 6 به روش پلیمریزاسیون درجا استفاده شد. نایلون 6 و 6 از پلیمریزاسیون فصل مشترکی هگزامتیلن دی آمین و آدیپوئیل کلراید در داخل سل هیدروکسی آپاتیت برای افزایش یکنواختی و زیست فعالی سنتز شد. سپس پودر سنتز شده با میزان 60% وزنی هیدروکسی آپاتیت در 80 درجه سانتی گراد خشک گردید و توسط تکنیک های پراش پرتو ایکس (XRD)، میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM)، آنالیز توزین حرارتی (TGA) و طیف سنجی تبدیل فوریه فروسرخ (FTIR) مشخصه یابی شد. همچنین، نتایج طیف سنجی فروسرخ نشان دهنده تشکیل پیوند هیدروژنی بین گروه هیدروکسیل نانوهیدروکسی آپاتیت و گروه آمید نایلون 6 و 6 می باشد. علاوه بر این، الگوی پراش پرتو ایکس پودر کامپوزیتی، تشکیل همه پیک های اصلی نانوهیدروکسی آپاتیت و نایلون 6 و 6 را تصدیق می کند. ارزیابی خواص مکانیکی پودر کامپوزیتی موید تطابق پارامترهای اندازه گیری شده با استخوان طبیعی است. آزمون زیست فعالی با غوطه وری نمونه های پودری درون محلول شبیه سازی شده بدن (SBF) در مدت زمان های مشخص انجام و تشکیل آپاتیت بر سطح آن به کمک میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) مجهز به آنالیز عنصری تفکیک انرژی پرتو ایکس  (EDX) تایید شد.

از فرآیند نورد تخت سیم ها برای ساخت برخی اجزای قطعات الکترونیکی، برخی فنرها و رینگ های پیستون استفاده می شود. به علت شرایط هندسی سیم در لحظه شروع نورد، تغییر شکل ایجاد شده غیر همگن می باشد. پیش بینی هندسه سیم های نورد تخت شده حین تولید مهم و ضروری می باشد، بنابراین در این پژوهش از فرآیند نورد تخت سیم با کرنش های مختلف برای ایجاد تغییر شکل غیر همگن در نمونه های برنجی استفاده شده است. نمونه ها با مقادیر مختلف کاهش سطح مقطع داده شده اند. از طرفی فرآیند نورد تخت سیم توسط نرم افزار ABAQUS مدلسازی شده است. با مقایسه نتایج شبیه سازی فرآیند نورد و اطلاعات هندسی نمونه های نورد شده و نتایج محققین پیشین دقت روابط ارائه شده و نتایج شبیه سازی برای سیم برنجی بررسی گردید. همچنین روابط جدیدی برای هندسه سطح مقطع و طول سیم های برنجی نورد شده، ارائه شده است. نتایج نشان می دهند که روابط ارائه شده در این زمینه به جنس ماده مورد تحلیل بستگی دارد و رابطه تجربی جدید برای پیش بینی طول، دقت مناسبی به ویژه در کاهش ارتفاع های بیشتر دارد.

در این پژوهش، تاثیر ولتاژ اعمالی و الکترولیت در فرآیند ماشین کاری الکتروشیمیایی نایتینول بررسی شده است. بدین منظور، ابتدا پتانسیل فروپاشی فیلم اکسیدی (Etranspassive) با استفاده از پلاریزاسیون سیکلی تعیین شده و سپس انحلال آندی آلیاژ نایتینول (%50 Ni - %50 Ti) با استفاده از دستگاه پتانسیواستات در سه محلول مختلف با پایه نمک طعام اشباع انجام گردید. ولتاژ ماشین کاری از 2 ولت تا حدود 30 ولت (پتانسیل های بالاتر از (Etranspassive تغییر داده شده است. پارامترهای مورد بررسی، سرعت ماشین کاری (چگالی جریان تولید شده)، شاخصه های نمودار جریان بر حسب زمان و کیفیت نهایی سطح (صافی سنجی) بوده است. دیده شد که فرآیند تصمیم گیری چند شاخصه می تواند برای انتخاب یک الکترولیت و ولتاژ مناسب برای ECM استفاده شود. مناسب ترین الکترولیت با توجه به پارامترهای کمی و کیفی، مربوط به الکترولیت 300 gr/lit NaCl + 2.4 gr/lit NaF در حدود 22 تا 26 ولت می باشد. زبری موجود بر روی سطح ماشین کاری شده تا حدود زیادی مربوط به ریزساختار نایتینول می باشد.