دانلود مقاله بررسی آلیاژهای نانوکریستال AL+TI

مقاله بررسی آلیاژهای نانوکریستال AL+TI

مقاله بررسی آلیاژهای نانوکریستال AL+TI در ۲۵ صفحه ورد قابل ویرایش

مقدمه :

آلیاژهای آلومینیوم جزء مواد پرکاربرد درصنایع هوافضا و اتومبیل می باشند . زیرا این آلیاژها دارای خواص خوبی مانند مقاومت به خوردگی ، شکل پذیری و خواص مکانیکی خوب هستند ولی آلیاژهای آلومینیوم تجاری در دمای بالاتراز ۲۰۰-۳۰۰?C بطورمحسوسی استحکامشان را از دست می دهند و درکاربردهای ساختمانی ناپایدار و غیرقابل استفاده می شوند که این دما به ترکیب و ساختار آلیاژ بستگی دارد . تحقیقات گسترده در مورد کاربردهای آلیاژهای آلومینیوم بواسطه استحکام دهی بالای آنها در دمای ۶۰۰?C توسعه پیدا کرده است .[۲۷]

آلیاژسازی مکانیکی (Mechanical Allay) MA آلیاژهای Al-Ti انتخاب خوبی برای اکثر کاربردها هستند زیرا بعلت وجود ذرات ریز Al-Ti و اکسیدها و بیدها مقاومت خوبی را در دماهای بالاتر از ۶۰۰?C نشان می دهد . استحکام در دمای بالا همراه با چگالی کم ، آلیاژهای Al-Ti را قابل رقابت با موادی مانند تیتانیم و آلیاژهای پایه نیکل می کند . ولی انعطاف پذیری کم در دمای اتاق باعث شده استفاده عمومی از آنها محدود شود [۲۸ ۲۹] ساختار نانوکریستال می تواند تنها دلیل افزایش همزمان سختی و انعطاف پذیری (ductility) باشد .

برای افزایش انعطاف پذیری (duetility) به خوبی استحکام در دمای اتاق برای آلیاژ Al-Ti ما می توانیم ار روش آلیاژسازی مکانیکی برای تهیه ساختار نانوکریستال استفاده کنیم زیرا در این روش اندازه ذرات پودر درحد نانومتر کاهش می یابد .

مواد نانوکریستال بعنوان یکی از پربهره ترین مواد در دهه اخیر مطرح شده اند به سبب اینکه آنها خواص مفید و بالقوه ای برای کاربردهای مختلف دارند که وابسته به اندازه بی نهایت ریزدانه ها است [۳۰ ۳۲] و مواد بصورت پودر زمانی می توانند یک ماده با ساختار نانوکریستال با سودهی مناسب را تولید کنند . که سایز ذرات آنها در حد نانومتر باشد [۳۳] .

در آزمایشات گذشته [۳۴] پودر نانوکریستال آلیاژ Al-Ti بطور موفقیت آمیزی بوسیله آسیاب گلوله ای واکنش دار(RBM) (Reactive ball Milling) در اتمسفر هیدروژن ترکیب شده بود و یک نوع ساختار نانومتری که شامل Al با اندازه ای درحد نانومتر و همچنین ذرات نانومتری TiH2 را به بوجود آورده بود . در ابتدا آسیاب کردن ، TiH2 تشکیل شده و زمان تشکیل ساختار را ۱ تا ۳ ساعت کمتر کرده است [۳۵].

۱- جزئیات آزمایشات

۱-۱ آسیاب گلوله ای واکنشی و مشخصات پودر آسیاب شده .

پودر آلومینیوم خالص (۹۹.۵% – ۳۲۵mesh خلوص) و تیتانیم (۹۹.۹% – ۳۲۵mesh خلوص) با ترکیب شیمیایی Al-5% at Ti باهم ترکیب می شوند . RBM یک آسیاب گلوله ای بزرگ با انرژی زیاد است و دارای ظرفیت ۷.۸۱ تحت اتمسفر هیدروژن می باشد شرایط آسیاب کردن بوسیله اثری که بر روی ساختار نانوکریستال آلیاژ Al-Ti دارد تعیین می شود [۸] زمان آسیاب کردن و سرعت آسیاب کردن بترتیب ۳۰ ساعت و ۲۵۰ rpm می باشد وزن نهایی پودر ۲۰۰gr و نسبت گلوله های آسیاب به پودر ۶۵:۱.۲wt%? می باشد عامل کنترل کننده فرآیند استریک اسید (CH3 (CH2)16 COOH) می باشد که اضافه می شود . قبل از شارژ کردن محفظه آسیاب با گاز هیدروژن ، محفظه باید بوسیله Rotary Pump خلاء بشود ( درحدود ۱۰-۳ torr ) . [36]

پودرهای آسیاب شده بعد از طی مرحله آسیاب به ۲۰۰ mesh می رسند بعد از طی این مراحل آزمایشاتی بوسیله TEM SEM XRD بر روی پودر انجام شد و مشاهده شد اندازه دانه ها که بوسیله TEM اندازه گیری شده بود با داده های تئوری از XRD مطابقت داشت . دمای تجزیه TiH2 و تشکیل Al­3 Ti بوسیله نمودار DSC در نرخ حرارت دهی ۱۰-۳k/s و درحضور اتمسفر آرگون محاسبه شدند . بعد از عملیات حرارتی تغییرات ریزساختار و اندازه دانه با نتایج بدست آمده از TEM XRD اختلاف داشت . [۲۶]

(Con soli dation Temp) دمای ترکیب شدن : به دمای گفته می شود که در آن دما همه TiH2 تجزیه شده و Al3Ti تشکیل می شود . [۲۶]

آنالیز حرارتی در این آزمایش شبیه به آزمایش قبلی [۸] که بروی پودری با ترکیب Al-10 wt/Ti که بمدت ۵۰ ساعت در اتمسفر RBM H2 شده بود است بنابراین دمای واکنش برای این آزمایش ۴۰-۵۰?C کمتر از آزمایش قبلی است. و ریزساختار پودر آسیاب شده در این آزمایش ریزتر از آزمایش قبلی بود . در این مورد آنالیز حرارتی پودری با ترکیب Al-10wt% Ti که در اتمسفر آرگون آلیاژسازی مکانیکی شده است نشان می دهد که AL3Ti بین دمای ۲۶۰-۳۲۰?C تشکیل شده است [۳۷] اما این یک آزمایش است زیرا Al3Ti قبل از آنکه TiH2 تجزیه شود تشکیل نشده بود . تشکیل Al3Ti با تأخیر تا دمای ۴۸۰?C انجام می شود که بعنوان دمای معمولی ترکیب برای آلیاژسازی مکانیکی آلیاژهای پودر Al-Ti مطرح است . تأخیر در تشکیل Al3Ti می تواند از رشد دانه های Al3Ti در حین عملیات حرارتی و گاززدائی قبل از اکستروژن گرم بواسطه زمان کم حرارت دهی جلوگیری کند . شکل ۱۳ عسکهای TEM مربوط به پودری با ترکیب Al-5 at%Ti که در RBM بمدت ۳۰ ساعت آسیاب شده و سپس بمدت ۲۰دقیقه در دمای ۵۰۰?C عملیات حرارتی شده است را نشان می دهد . سطح عکس نشان دهنده مدل SAD فازهای Al-Ti Al و Al2O3 را بدون TiH2 را نشان می دهد اندازه دانه ها نیز در حدود ۲۰nm نگه داشته می شود . برطبق آنالیز DSC دمای مناسب برای ترکیب ۵۰۰?C است . [۲۶] برای آزمایش ، ۴ قطعه برای شرایط متفاوت اکستروژن آماده شده بود . شرایط اکستروژن گرم و مشخصات قطعات اکسترود شده در جدول ۲ بیان شده است . فشردگی نسبی همه قطعات۹۹% و بیشتر است . شکل ۱+۴ عکسهای TEM مربوط به ریزساختار قطعه اکسترود شده را نشان می دهد . قطعه اکسترود شده عمدتا شامل ذرات Al3 Ti Al که تقریبا سایزی حدود ۵۰nm تا ۱۰۰nm دارند که وابسته به شرایط اکستروژن است و تصویر TEM آنها در شکلهای ۴(c) 4(a) نشان داده شده است . ریزساختار قطعه اکسترود شده ترکیبی از Al3Ti Al که بصورت پودر است اندازه دانه هم در فرآیند گاز زدائی و هم در فرآیند عملیات حرارتی قبل از اکستروژن با کم کردن دما و کوتاه کردن زمان فرآیند افزایش می یابد. [۲۶] اندازه دانه نمونه ۴ کمتر از ۵۰nm می باشد این یکی از ریزترین اندازه دانه ها در آلیاژهای Al-Ti است اندازه دانه نمونه های آسیاب شده در RBM تحت H2 که اکستروژن گرم شده اند نسبت به قطعاتی که به روشی آلیاژسازی مکانیکی تحت Ar تهیه شده و سپس اکستروژن گرم شده (که اندازه ای حدود ۱۵۰-۴۰nm دارند شکل ۴(d)) خیلی ریزترند .

Al4c3 Al2o3 بوسیله واکنشهای بین C O AL در فرآیندی که عامل کنترل کننده واکنش نیز حضور دارد ایجاد می شود که بصورت ذرات پراکنده وجود دارند . اکسیدهایی که درشکل ۴(e) مشخص است به شکل دایره ای با قطر ۱۰nm هستند که در داخل دانه ها مشاهده می شود . کاربیدها همانطور که درشکل ۴(f) مشاهده می شود به صورت استوانه ای هستند که معمولا در مرز دانه ها قرار می گیرد .با اینکه Al4c3 AL2O3 بطور یکنواخت در درون شبکه پراکنده نمی باشند ولی آنها می توانند استحکام اولیه بیشتری در مقایسه با Al3Ti ایجاد کنند زیرا آنها خیلی ریزترند . نتایج تست سختی و ریزسختی (micro hardness) در جدول ۲ بیان شده است هم سختی و هم ریزسختی با کاهش اندازه دانه افزایش می یابد . [۲۶] درمورد قطعه شماره ۴ اندازه دانه کمتر از ۵۰nm است که بطور فوق العاده ای در مقایسه با دیگر نمونه ها تفاوت دارد این قطعه در قوطی Cu (can) ساخته شده که تأثیر این نوع قوطی (can) درخواص قطعات اکسترود شده بطور واضح مشخص نیست . به همین خاطر جزئیات قطعه شماره ۴ در ادامه نیامده است در آزمایشات [۳۸] نشان داده شده بود که ریزسختی (micro hardness) آلیاژ Al-8at% Ti که به روش آلیاژسازی مکانیکی تحت اتمسفر Ar تولید شده و سپس اکسترود شده ۱۶۰Hv بوده است و همچنین آلیاژی با ترکیب Al-5at% Ti که پودر آن در RBM آسیاب شده و سپس اکسترود شده است ۱۹۷.۵-۲۳۱.۷Hv می باشد و بنابراین حدود ۲۳-۴۵% بالاتر از قطعه ای است که بروش آلیاژسازی مکانیکی (MA) تهیه شده است و این بدین خاطراست که ریزساختار Al همانند AL3Ti درقطعه آسیاب شده در RBM و اکسترود شده نیز درحد نانومتر است .

همکاری در فروش فایل  بهترین سایت فروش پاورپوینت