بخشی از مقاله
چکیده
در میان ترکیبات بینفلزی NiAl از خواص مهندسی منحصر بهفردی نظیر نقطه ذوب بالا، دانسیته پایین، مقاومت به خوردگی و اکسیداسیون مناسب برخوردار است. باتوجه به این خواص کاربردهای فراوانی در دمای بالا دارد. در این تحقیق ابتدا ترکیب بینفلزی نانوساختار آلومینایدنیکل از طریق آلیاژسازی مکانیکی پودرهای آلومینیوم، نیکل و تنگستن تولید گردید. پودرهای آلومینیوم، نیکل و تنگستن در چهار ترکیب 0، 1، 3 و 6 درصد وزنی و در مدت زمانهای مختلف درون آسیا، آسیا شدند و بهمنظور بررسی خواص مکانیکی ذرات از آنالیز XRD و SEM استفاده شد. نتایج نشان داد که ترکیب بینفلزی NiAl طی یک واکنششدیداً گرمازا بعد از باز کردن درب ظرف تشکیل میشود. سپس تنگستن بهعنوان عنصر میکروآلیاژی متغیر بهمنظور بهبود خواص مکانیکی به ترکیب اضافه گردید. با افزودن تنگستن به ترکیب NiAl مشاهده شد که زمان تشکیل ترکیب NiAl کاهش مییابد. آنالیزها نشان دادند که با افزایش زمان آسیاکاری، کرنش دریافتی توسط ذرات پودر افزایش مییابد. سپس اندازه دانه کریستال اندازهگیری شد و مشاهده گردید که افزایش زمان آسیاکاری موجب کاهش اندازه دانه کریستالی میشود.
کلمات کلیدی: آلیاژسازی مکانیکی، ترکیب بین فلزی، آلومیناید نیکل.
مقدمه
ترکیبات بینفلزی، عنوانی مختصر و کوتاه برای ترکیبها و فازهای بینفلزی است. طبق یک تعریف ساده، ترکیبات بینفلزی، ترکیبهایی از فلزات هستند که ساختاربلوری آنها با فلزات تشکیل دهندهشان متفاوت است که در نتیجه فازهای بینفلزی و آلیاژهای منظم را شامل میشوند. طی چندین دهه اخیر، ترکیبات بینفلزی به دلیل کاربردهایشان در دمای بالا، درعلم و تکنولوژی مواد مورد توجه بسیار بوده و هنوز هم بهطور فزایندهای مورد توجه هستند1]و.[2
در بین ترکیبات بینفلزی، آلومینایدنیکل دارای اهمیت سازهای بسیاری است. چگالی پایین، دمای ذوب بالا و مقاومت به اکسیداسیون خوب در دماهای بالا و ضریب بالای انتقال حرارت باعث شده است که ترکیب بین فلزی آلومینایدنیکل در کاربردهایی مانند اجزای سازههای توربین گازی و هوافضا موردتوجه قرار گیرد. چکش خواری پایین این ترکیب بینفلزی در دمای محیط، مانع اصلی در توسعه سازهای این ترکیب میشود. بنابراین بهمنظور غلبه بر تردی، آلیاژسازی مکانیکی ترکیب مورد نظر مورد ارزیابی قرار گرفته است.[3]
تحقیقات و بررسیهای انجام شده در زمینه علم مواد، بهطور پیوسته به سمت بهبود خواص و کارایی مواد بوده است، در همین راستا تغییرات قابل توجهی در خواص مکانیکی، شیمیایی و فیزیکی با اصلاح ترکیب شیمیایی و به کمک فرآیندهای معمول حرارتی، مکانیکی و ... حاصل شده است. آلیاژسازی مکانیکی مانند برخی فرآیندهای دیگر، توجه زیادی در بین محققین را به خود جلب نموده است. آلیاژسازی مکانیکی بهعنوان روشی مناسب برای تولید ترکیبات و آلیاژهای مختلف شناخته شده است و یکی از روشهای فرآوری پودری است که امکان تولید مواد همگن را از مخلوط پودری اولیه فراهم میکند. جوش سرد و شکست دو پدیدهی عمده در آلیاژسازی مکانیکی هستند. از آنجا که این فرآیند در حالت جامد انجام میشود امکان تولید آلیاژهای جدید از مخلوط مواد اولیه با نقطه ذوب پایین و بالا را فراهم نموده است.[4]
امروزه آلیاژسازی مکانیکی بهمنظور تولید مواد منحصربهفرد از نظر علمی و تجاری استفاده میشود. سهولت، انعطافپذیری و اقتصادی بودن فرآیند آلیاژسازی مکانیکی باعث گسترش آن در سالهای اخیر شده است. تهیه مواد با ساختار نانومتری ازجمله مهمترین کاربردهای فرآیند آسیاکاری و آلیاژسازی مکانیکی محسوب میشود، درحال حاضر تحقیقات و مطالعات بسیار زیادی در ارتباط با صنعتی کردن این شاخه از فرآیند آلیاژسازی مکانیکی در جریان است. علت کاهش اندازه دانه در فرآیند آلیاژسازی مکانیکی تغییرشکل پلاستیک شدید ذرات پودر است که باعث افزایش چگالی نابجاییها درون دانهها میشود، در نتیجه با افزایش نابجاییها و سپس مرتب شدن آنها یک ساختمان سلولی تشکیل میشود که دیوارههای سلولهای آن مرزهای کم زاویه میباشد. خواص نهایی پودرهای تهیه شده با آلیاژسازی مکانیکی نسبت به نانوپودرهای بهدست آمده از روشهای معمول دیگر، متفاوت است. از مزایای تهیه نانومواد به روش آلیاژسازی مکانیکی میتوان به قابلیت این روش در تولید مقدار زیاد ماده به حالت جامد، استفاده از تجهیزات ساده و ارزان و نیز بکارگیری این روش برای مواد مختلف و تولید ماده در دمای محیط اشاره نمود .[5]
در این تحقیق سعی شده است، تأثیر عنصر تنگستن بر تولید ترکیب بینفلزی نانوساختار آلومیناید نیکل بررسی گردد.
مواد و روش تحقیق
در این تحقیق از پودر عناصر آلومینیوم، نیکل و تنگستن با خلوص بیشتر از 98 درصد و با میانگین اندازه ذرات کمتر از 20 میکرومتر بهعنوان مواد اولیه استفاده گردید.
از یک دستگاه آسیای سیارهای ساخت کشور ایران با ظرفی از جنس فولاد تمپرشده به حجم 250 میلیلیتر و مجهز به سیستم محافظت با گاز آرگون استفاده شد. عملیات آسیاکاری در زمانهای مختلف 8، 16، 48و 80 ساعت تحت شرایط اتمسفر آرگون با سرعت 300 دور بر دقیقه و در محیط مرطوب با افزودن 3 درصد وزنی اتانول بهعنوان عامل کنترل فرآیند انجام پذیرفت. نسبت وزنی گلوله به پودر 20 به 1 در نظر گرفته شد. با تغییر درصد وزنی عنصر تنگستن چهار ترکیب مختلف Ni50Al50، Ni49.5Al49.5W1 ، Ni48.5Al48.5W3 و Ni47Al47W6 مورد بررسی قرار گرفتند. نمونههای پودری پس از پایان عملیات آسیاکاری از محفظه خارج شده و سپس مقداری از آنها جهت آزمایشات مختلف مانند میکروسکوپ الکترونی و پراش اشعه ایکس انتخاب شد.
نتایج و بحث
پس از پایان عملیات آسیاکاری و باز شدن درب ظرف آزمایش، برای نمونههای پودری مختلف، رفتار متفاوتی مشاهده شد؛ شرح واکنشهای مشاهده شده در جدول شمارهی1 آورده شده است.
Al و Ni در حین عملیات آسیاکاری بهتدریج در شبکهی کریستالی یکدیگر نفوذ کرده و از آنجا که هر دو عنصر شبکه کریستالی مشابهی دارند - ساختار مکعبی با وجوه مرکز دار - در هم حل میشوند ولی این حل شدن بیشتر از حد تعادلی است در نتیجه محلول فوق اشباعی از این دو عنصر در حالت جامد تشکیل میشود که دارای انرژی مکانیکی ذخیره شده زیادی است و بنابراین ناپایدار بوده و اگر شرایط مساعدی فراهم شود با
