بخشی از مقاله
چکیده
فرآیند نورد در بین روشهای تولید، از جایگاه ویژه و مهمی برخوردار است که در این مقاله نقش آن بر روی قطعه تانتالوم تولیدشده به روش تفجوشی به کمک قوس پلاسما - SPS - موردبررسی قرار گرفت. در این پژوهش، پودر تانتالوم پس از خریداری از منابع خارجی، بهمنظور تولید قطعه، تحت فرآیند SPS قرار گرفت که پس از بررسی با استفاده از روش ارشمیدس، به چگالی 100 درصد رسید. قطعه تولیدشده متالوگرافی شد و با میکروسکوپ نوری مورد ارزیابی میکرو ساختاری قرار گرفت. به دلیل مقاومت به خوردگی بالای تانتالوم، خوردگی محلول اچ هدفمند نبوده و تنها هالهای از دانههای تانتالوم قابلمشاهده بود ولی با ساختار میکروسکوپی نمونه مرجع قابلمقایسه بود. در ادامه کار، قطعه موردنظر تحت 10 درصد نورد سرد قرار گرفت. هنگام نورد مناطق پرانرژی مرزها توسط محلول اچ خورده شده و ریزساختار بهطور واضع نمایان شد که نشاندهنده شکلپذیری خوب قطعه تانتالوم بود.
مقدمه
تفجوشی به کمک قوس پلاسما یا 1 SPS یک فرآیند تفجوشی سریع است که قابلیت تفجوشی انواع پودرهای رسانا و نارسانا را داراست. مکانیزمهای متعددی برای فرآیند SPS پیشنهادشده است اما متداولترین فرضیه، تئوری میکرو اسپارک پلاسما میباشد که بر اساس پدیده تخلیه الکتریکی و تولید لحظهای جرقه پلاسما با دمای بسیار زیاد در کسر کوچکی از ثانیه در یک ناحیه موضعی کوچک بین ذرات پودر استوار میباشد. فرآیند SPS و مکانیزم آن تفاوتهای زیادی با روشهای معمولی تفجوشی دارد. مزایای این فرآیند نسبت به روشهای تفجوشی معمولی مانند پرس گرم و پرس ایزواستاتیک گرم، قابلیت کاربرد برای مواد مختلف، تولید قطعات با چگالی بالا، زمان تفجوشی بسیار کوتاه و تولید قطعات با ساختارهای دانهریز، میباشد، بهطوریکه ترکیب دمای نسبی پایین با زمان سریع فرآوری، منجربه کنترل دقیق رشد دانه و ریزساختار میگردد1]و.[2 دماهای عملیاتی فرآیند SPS که200 الی 2400 درجه سانتیگراد میباشدمعمولاً، 200 الی 500 درجه سانتیگراد، پایینتر از تفجوشی مرسوم میباشد که این فرآیند را در دسته تکنولوژیهای تفجوشی با دمای پایین قرار میدهد. فرآیند تفجوشی - مقدار فشار، دما و زمان نگهداری - در دورههای کوتاهتقریباً 5 تا 25 دقیقه کامل میشود.[5-2] تانتالم یکی از پرکاربردترین فلزات دیرگداز میباشد که به دلیل خواص منحصربهفردی چون دمای ذوب بالا، مقاومت به خوردگی عالی، استحکام مناسب، ظرفیت حجمی بالا و زیست سازگار بودن آن با بدن انسان، موجبات ساخت خازن، ابزارآلات برش، تجهیزات پزشکی و تولید قطعات موتور جت را فراهم کرده و کاربردهای بسیار وسیعی را در صنایع نظامی، هوافضا، الکترونیک و پزشکی به خود اختصاص داده است .در موارد معمول که تغییر شکل در دماهای محیط صورت میگیرد، تقرباًی تمام انرژی ذخیرهشده ناشی از تجمع نابجاییهاست و تفاوت اساسی بین حالت تغییر شکل یافته و آنیل شده در مقدار و آرایش نابجایی هاست. افزایش چگالی نابجاییها ناشی از به دام افتادن پیوسته نابجاییهای متحرک تازه تولیدشده بهوسیله نابجاییهای قبلی و ترکیب آنها بهصورت مشخصههای مختلف ریزساختاری، از ویژگیهای حالت تغییر شکل یافته محسوب میشود. یکی از سادهترین این مشخصهها شکل دانه است. در حین تغییر شکل، دانههای فلز شکلشان را به نحوی تغییر میدهند که مطابق با تغییر شکل ماکروسکوپی فلز است . خوردگی تانتالوم در برابر اسیدها و تهاجمهای شیمیاییتقریباً صفر است، بنابراین در صنایع شیمیایی بهخصوص در دیگهای بخار بهعنوان مبدل حرارتی مورداستفاده قرار میگیرد جایی که قویترین اسیدها در آن تبخیر میشوند. درواقع این فلز در دماهای زیر 150 درجه سانتیگرادکاملاً، از حملات شیمیایی مصون است و فقط توسط اسید هیدروفلوئوریک و محلولهای اسیدی حاوی یون فلورید موردحمله قرار میگیرد.[8] بنابراین در این پژوهش سعی شد از محلول اچی استفاده شود که بهطور هدفمند موجب خوردگی در مرزدانهها شده و باعث نمایان شدن ریزساختار شود. در این پژوهش پس از خریداری پودر تانتالوم خالص از منابع خارجی، با استفاده از فرآیند تفجوشی به کمک قوس پلاسما - SPS - قطعه تانتالوم تولید شد و سپس تحت 10 درصد نورد سرد قرار گرفت و تأثیر آن بر روی خواص میکرو ساختاری تانتالوم موردمطالعه قرار گرفت.
مواد و روش تحقیق
مراحل آزمایش، مطابق با روند نمای موجود در شکل 1 میباشد. پودر تانتالوم با خلوص 99/7 درصد از منابع خارجی خریداری شد. الگوی پراش سنجی پرتو ایکس - XRD - مربوط به این پودر در شکل 2 نشان دادهشده است. با توجه به بررسی نتایج XRD و مطابقت نتایج آن با شماره الگوی مرجع 00-004-0788 در نرمافزار ;ʼ3HUW +LJK6FRUH ، پودر خریداریشده از جنس تانتالوم میباشد. شکل 3 مورفولوژی پودر تانتالوم را نشان میدهد. اندازه متوسط پودرها در همان محدوده 1 الی 2 میکرون قرارگرفته است و شکل ذرات بهصورت نامنظم ولی هممحور میباشند. تصویر میکروسکوپ الکترونی گسیل میدانی - FE-SEM - از پودر تانتالوم خریداریشده از منابع خارجی، نشاندهنده یکنواختی مورفولوژی پودرها میباشد. با توجه به محدوده وسیع اندازه ذرات از 0/2 الی 2 میکرون میتواند در تولید قطعات پودری بسیار مناسب باشد. تجهیزات موردنیاز جهت تولید قطعات پودری به روش SPS در جدول 1 گزارششده است. بهمنظور ساخت قطعات و بررسی خواص میکرو ساختاری آنها، عملیات جامد سازی پودر انجام و چگالی آن با روش ارشمیدس تعیین شد. این کار به روش SPS صورت پذیرفت که تجهیزات و امکانات آن در دانشگاه صنعتی مالک اشتر موجود میباشد. نمایی از قطعه تانتالوم تولیدشده به روش SPS در شکل 4 نشان دادهشده است. بهمنظور بررسی ساختار میکروسکوپی پس از اعمال کار مکانیکی، قطعه تانتالوم تولیدشده تحت عملیات نورد سرد قرار گرفت و کاهش سطح 10 درصدی در آن اعمال شد. مشخصات دستگاه نورد استفادهشده در جدول 2 آورده شده است. پس از انجام عملیات استاندارد متالوگرافی بر روی آنها، نمونهها پولیش و آماده اچ شدند. به دلیل خاصیت مقامت به خوردگی عالی تانتالوم، محلولی جهت اچ انتخاب شد که قوی بوده و بهصورت هدفمند و مطلوب بتواند تصاویر میکروسکوپی خوبی را نمایش دهد. به همین دلیل نمونهها در محلولی شامل H2O:HNO3:HF:H2SO4 با نسبتهای 1:1:1:3 به مدت 10 ثانیه اچ شدند.[9] نمونههای اچ شده در بزرگنماییهای مختلف با استفاده از میکروسکپ نوری بررسی شدند.
