مواد و فناوری های پیشرفته
سال:1393 | دوره:3 | شماره:3 |تعداد مقالات:10

محدودیت ها روی مصرف سوخت و ایمنی در صنعت خودرو منجر به توسعه فولادهای استحکام بالای پیشرفته (AHSS) و بهبود استحکام و داکتیلیته شده است. به طوری که یکی از جدیدترین و امیدوارکننده ترین عملیات حرارتی ها برای توسعه AHSS، فرایند کوئنچ و پارتیشن بندی (Q&P) است. انجام این فرایند جدید در دماها و زمان های مختلف، منجر به ترکیب جالب توجهی از خواص مکانیکی شامل استحکام بالا همراه با داکتیلیته خوب می شود. در این تحقیق، تغییرات خواص مکانیکی در اثر تغییر دما و زمان پارتیشن بندی روی فولاد 1.5142 بررسی شده است. نتایج نشان داد که انجام فرایند Q&P روی فولاد باعث افزایش شدید سختی می شود. افزایش زمان و همچنین دمای پارتیشن بندی باعث کاهش سختی و افزایش ازدیاد طول می شود. با افزایش زمان پارتیشن بندی، استحکام کششی ابتدا افزایش و سپس کاهش می یابد و افزایش دمای پارتیشن بندی، باعث کاهش استحکام و افزایش ازدیاد طول و داکتیلیته می شود.

سیلیساید تیتانیم (Ti5Si3) بدلیل داشتن خواص ویژه مطلوب بعنوان یکی از مواد مورد توجه برای کاربرد های سازه ای دما بالا شناخته می شود. در این پژوهش نانو آلیاژها و کامپوزیت های برپایه Ti5Si3 به روش سنتز خود احتراقی دما بالای فعال شده مکانیکی تولید شد. برای این منظور پودرهای Ti، Si و Al بر طبق استوکیومتری های Ti62.5Si37.5، Ti62.5Si30Al7.5 و Ti62.5Si22.5Al15 توزین و توسط آسیاب سیاره ای پر انرژی مخلوط شدند. نمونه برداری در زمان های 3 و 6 ساعت انجام پذیرفت. پودر های بدست آمده از آسیاب توسط پرس تک محور فشرده شدند و برای انجام واکنش SHS به کوره تیوبی اتمسفر کنترل فرستاده شدند. نتایج بدست آمده از پراش پرتو ایکس XRD نشانگر سنتز فاز اصلی Ti5Si3 در تمامی نمونه هاست. با افزایش مقادیر آلومینیم در کنار فاز اصلی Ti5Si3 فاز جانبی Ti3Al قابل تشخیص می باشد. محاسبه اندازه کریستالیت ها بر اساس روابط مربوط به پهن شدگی پیک ها نشانگر سنتز نمونه هایی در ابعاد نانومتری می باشد که با افزایش Al این امر تشدید می شود. تصاویر بدست آمده توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی SEM مجهز به آنالیزگر تفکیک انرژی پرتو ایکس (EDS) نشانگر جایگزینی مقادیر قابل ملاحظه از اتم های Al در شبکه کریستالی Ti5Si3 و تشکیل محلول جامد 3(Si,Al)Ti5 می باشد.

دراین پژوهش پودر هیدرکسی آپاتیت به روش طبیعی و با استفاده از استخوان گوساله در دمای 900oC تهیه گردید. سپس داربست سرامیکی به روش تکرارپذیری فوم پلی یورتان و با 0، 3، 6 و 9 درصد وزنی تیتانیا و 50 درصد وزنی هیدروکسی آپاتیت به روش آسیاب تر (دوغابی) سنتز شد. به منظور شناسایی تحولات فازی انجام شده و شناسایی پیوندهای شیمیایی ایجادشده ازآنالیز پراش پرتوایکس و طیف سنجی پرتو فروسرخ استفاده شد. ریزساختار و مورفولوژی پودر نانوکامپوزیتی توسط مطالعات میکروسکوپ الکترونی روبشی مورد بررسی قرارگرفت. درصد تخلخل حدود 80-85 درصد اندازه گیری شد. استحکام فشاری اندازه گیری شده 0.14 تا 1.321 مگاپاسکال گزارش شد. نتایج نشان می دهد بهترین نوع داربست از نظر خواص فیزیکی از قبیل درصد تخلخل و انقباض بعد از پخت مربوط به درصدهای پایین دی اکسید تیتانیوم یعنی 3 و خواص مکانیکی مناسب مربوط به درصدهای 6 و 9 درصد TiO2 میباشد. در پایان داربست بهینه از نظر درصد تخلخل، خواص مکانیکی و ریزساختار، داربست با 6 درصد TiO2 و 50 درصد HA انتخاب گردید.

در این پژوهش تنش های حرارتی ایجاد شده در حین کاهش ناگهانی دما از 1250 درجه سانتی گراد به 20 درجه سانتی گراد به کمک روش اجزاء محدود برای پوشش های زیرکونیایی نانو ساختار و میکرونی، مدل سازی شد. توزیع تنش حرارتی در پوشش های نانو ساختار و میکرونی زیرکونیایی محاسبه گردید. به کمک مدل سازی نشان داده شد که تنش حرارتی در جهت محور x در کناره هر دو نمونه نانو ساختار و میکرونی صفر است و همینطور مشخص شد که تنش برشی حرارتی ایجاد شده در پوشش نانو ساختار 33 درصد کمتر از پوشش میکرونی است. بعلاوه، تنش برشی در لایه اکسیدی نیز محاسبه گردید که میزان آن برای پوشش نانو ساختار 35 درصد کمتر از پوشش میکرونی بدست آمد. نتایج مدل سازی عمر بیشتر پوشش های نانو ساختار را تایید می نماید. اکسید تیتانیوم بعنوان افزودنی به روغن موتور می تواند نقش موثری در افزایش توان موتور و کاهش آلاینده های خروجی از موتور و مصرف سوخت ایفا کند.

در این تحقیق جوشکاری فوم های آلومینیم خالص تجاری تولید شده به روش نورد تجمعی با استفاده از روش جوشکاری همزن اصطکاکی در سرعت های چرخشی 500، 700، 900 و 1100rpm و سرعت خطی 25mm/min بررسی شده است. تمامی جوش ها به صورت بدون درز انجام شده است. برای بررسی درشت ساختار و سختی جوش های انجام شده، متالوگرافی نوری و آزمون ریزسختی و به منظور تعیین درصد تخلخل فوم آلومینیمی و بررسی تغییرات چگالی ناحیه جوش در سرعت های چرخشی متفاوت از آزمون ارشمیدس استفاده شد. نتایج حاصل نشان دادند که در یک سرعت خطی ثابت، افزایش سرعت چرخشی ابزار سبب افزایش چگالی ناحیه جوش شده و عیوب موجود در این ناحیه کاهش می یابد. همچنین نتایج حاصل از میکروسختی سنجی بیانگرافزایش سختی ناحیه جوش در اثر افزایش سرعت چرخشی ابزار است.

در این تحقیق به بررسی ساختار های جدید تیتانیوم دی اکسید برای کاربرد در سلول های خورشیدی حساس شده با رنگدانه پرداخته شده است. ساختار های تیتانیوم دی اکسید به روش هیدروترمال سنتز شده و در حین سنتز، به صورت مستقیم بر روی زیرلایه نشانده شده است. دو ساختار کروی متفاوت سنتز گردیده است که یکی از این ساختار ها دارای ابعاد میکرومتری و حفره های نانومتری است و ساختار دیگر قطری در حدود 400 تا 500 نانومتر دارد. روش ساخت این سلول ها عمدتا ساده بوده و تکرار پذیری آن ها اثبات شده است. روش لایه نشانی به کار برده شده برای نانو ذرات در این تحقیق نیز روش الکتروفورز است که نیازمند تجهیزات پیچیده ای نیست. به علاوه در روند لایه نشانی نانو ذرات از تکنیک های خاصی برای بهبود سطح لایه ها استفاده شده است. همچنین سنتز ساختار ها با استفاده از مواد ارزان و فرآیند های بعضا با طراحی ساده می باشد. مورفولوژی ذرات با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی بررسی شده است و ساختار کربستالی ساختار ها نیز با استفاده از الگوی XRD مشخص شده است. بازدهی به دست آمده برای DSSCs بترتیب حدود 3.8 و 6.1 درصد بوده است.

تیتانیا (اکسید تیتانیوم) یکی از ترکیباتی است که تحت تاثیر طیف ماوراء بنفش نور طبیعی فوتواکتیو می شود. دیده شده که افزایش اکسید تنگستن این خاصیت را در برابر نورهای مصنوعی بهبود می بخشد. دراین پژوهش، سل تیتانیوم با استفاده از پیش ماده آلکوکسیدی تهیه و سدیم تنگستات دی هیدراته به عنوان پیش ماده اکسید تنگستن در درصدهای مختلف به آن اضافه گردید. سل آماده شده به روش غوطه وری روی زیرلایه فولاد L316 پوشش داده شد. بررسی ساختار بلوری و مورفولوژی سطح پوشش ها به ترتیب توسط آنالیزهای XRD و FE-SEM انجام گرفت. از آنالیز (FTIR) جهت بررسی پیوند های موجود در ساختار پوشش استفاده شد. جهت بررسی خواص حفاظت کنندگی فوتوکاتدی پوشش ها از آزمایش های پتانسیو متری و پلاریزاسیون تافل استفاده گردید. بررسی الگوهای XRD نشان داد که ورود اکسید تنگستن به ساختار تیتانیا اندازه بلورک های آن را کاهش داده است. از سوی دیگر تصاویر FE-SEM دلالت برآن دارد که افزودن اکسید نگستن باعث یکنواختی بیشتر ساختار نانو ذرات اکسیدتیتانیوم شده است. بررسی طیف سنجی مادون قرمز وجود پیوند بین Ti-O و W-O را تایید نمود. نتایج حاصل از آزمایش های پتانسیومتری نشان داد که افزودن اکسید تنگستن در درصد های مختلف وزنی باعث بهبود خواص فوتو کاتدی پوشش اکسید تیتانیوم شده است.

در این تحقیق نانو الیاف کامپوزیت پلی کاپرولاکتام (نایلون 6)/ نانو ذرات هیدروکسی آپاتیت (HAP) جانشین شده با روی (Zn) به روش الکتروریسی ساخته شدند. ابتدا نانو ذرات HAP حاوی 4 درصد اتمی Zn به روش محلول رسوبی سنتز شدند. نتایج الگوی پراش ایکس (XRD) و طیف فروسرخ (FTIR) نشان دادند که هیچ گونه فاز ثانویه شکل نگرفت و در ضمن کاتیون های روی در ساختار اتمی هیدروکسی آپاتیت قرار گرفته اند. متوسط اندازه ذرات و بلورک ها به ترتیب 43 و 16 نانومتر محاسبه شدند. محلول پلیمری شامل 20 درصد وزنی پلی کاپرولاکتام با حلال اسید فرمیک آماده شد. نانو ذرات سرامیکی به میزان 2 درصد وزنی به محلول پلیمری جهت سنتز نانو الیاف کامپوزیتی اضافه شد. اثر سطح ولتاژ (15-30 kV) و نرخ تزریق (0.1-0.5 ml.h-1) از پارامترهای دستگاهی بر قطر و ریز ساختار نانو الیاف پلی کاپرولاکتام تک فاز و کامپوزیتی مورد بررسی قرار گرفت. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و آنالیز (EDS) از نانو الیاف سنتز شده حاکی از توزیع نانو ذرات هیدروکسی آپاتیت حاوی روی در میان نانو الیاف پلی کاپرولاکتام بود. بررسی قطر الیاف نشان داد که الیاف با متوسط قطر 100-300 نانومتر سنتز شدند. نتایج نشان داد افزایش سطح ولتاژ به بالای 30kV منجر به افزایش قطر الیاف و تغییر ساختار آن از الیاف به نوار گردید. همچنین نتایج نشان داد با کاهش نرخ تزریق قطر الیاف افزایش یافت و نانو ذرات آپاتیت در میان الیاف بصورت غیرهمگن پراکنده شدند. در نرخ تزریق 0.1ml.h-1 ذرات هیدروکسی آپاتیت حاوی روی بصورت توده مجزا شکل گرفتند.

در این تحقیق با انجام آزمون خستگی به روش چرخشی- خمشی بر روی نمونه های مختلف، رفتار خستگی آلیاژ تیتانیوم Ti-6Al-4V مورد بررسی قرار گرفت. جهت تعیین ترکیب شیمیایی فازهای مختلف و همچنین بررسی ریز ساختار و تحلیل نحوه اشاعه ترک از میکروسکوپ الکترونی روبشی و میکروسکوپ نوری استفاده گردید. نتایج نشان داد که نمونه ها در دمای محیط، دارای حد خستگی برابر با 490 مگاپاسکال و عمر خستگی برابر با 1.2´107چرخه می باشند. همچنین مطالعات ریزساختاری نشان داد که ترک های خستگی هم از سطح و هم از داخل نمونه جوانه زنی و اشاعه پیدا نموده اند. ضمنا این ترک ها در حین اشاعه، پس از برخورد به فاز b از مسیر خود منحرف می شوند.

آلومینیوم و آلیاژهای آن به دلیل دارا بودن خواص مطلوبی نظیر چگالی پایین و نسبت استحکام به وزن بالا در بسیاری از صنایع به ویژه خودرو سازی و هوا و فضا کاربرد گسترده ای پیدا کرده اند. در این پژوهش ابتدا روند تولید آلیاژ آلومینیوم 7014 به روش آلیاژسازی مکانیکی در یک آسیاب سیاره ای پر انرژی با نسبت وزنی پودر به گلوله 1: 20 تحت آتمسفر آرگون بررسی شد. با توجه به نتایج XRD و تصاویر XRY-MAP و همچنین تغییرات ثابت شبکه، با افزایش زمان آسیاب کاری به تدریج محلول جامد آلومینیوم حاوی عناصر روی و منیزیم ایجاد شده است و آلیاژ آلومینیوم 7014 پس از سه ساعت آسیاب کاری تشکیل شد. همچنین برای بدست آوردن تاثیر زمان آسیاب کاری بر روی اندازه بلورک ها، آسیاب کاری نمونه ها در زمان های (4، 6، 8، 10، 15، 20 و 25 ساعت) انجام شد. در نهایت اندازه بلورک ها در زمان 15 ساعت آسیاب کاری حدود 11 نانومتر گزارش شد. میزان سختی آلیاژ نیز با افزایش زمان آسیاب کاری افزایش پیدا می کند، به طوری که در زمان 15 ساعت آسیاب کاری 130 ویکرز گزارش شد.