بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش، آلیاژ آنتروپی بالای CoNiMnCrAl و CoNiMnCrAlSi به روش آلیاژسازی مکانیکی سنتز شد. از پودرهای عناصر کبالت، نیکل، منگنز، کروم، آلومینیوم و سیلیسیوم دارای خلوص بالای 99 درصد استفاده شد. این آلیاژ آنتروپی بالا با نسبت اتمی یکسان در آسیاب گلولهای با سرعت 400 دور بر دقیقه با نسبت گلوله به پودر 10 به مدت 10 ساعت تحت اتمسفر آرگون مورد آسیابکاری قرار گرفتند. سپس نمونهها در دمای 900 درجهی سانتیگراد به مدت 2 ساعت عملیات حرارتی شدند سپس در آب کویینچ شدند. تغییرات ترکیب شیمیایی و تغییرات فازی و بررسی رفتار مغناطیسی پودرها به وسیلهی پراش پرتو ایکس - XRD - و دستگاه مغناطومتر ارتعاشی - VSM - مورد بررسی قرار گرفت. عملیات حرارتی در دمای بالا باعث پایداری محلول جامد و آزاد سازی انرژی اعوجاج شبکه میشود. در نتیجه خواص مغناطیسی آلیاژهای آنتروپی بالا به نوع عملیات حرارتی وابسته است. نتایج XRD مشخص کرد که این آلیاژهای نرم مغناطیسی آنتروپی بالا دارای ساختاری با محلول جامد تک فاز BCC میباشد. متغیرهای دمای ذوب آلیاژ، تفاوت اندازه اتمی، غلظت الکترونهای ظرفیتی، تغییرات آنتروپی، تغییرات آنتالپی انحلال محاسبه شده با معیارهای موجود برای تشکیل آلیاژ آنتروپی بالا با محلول جامد BCC پیشبینی میکند.
مقدمه
روش معمول توسعهی آلیاژهای متداول مانند سوپر آلیاژهای پایه نیکل، آلیاژهای پایه آلومنیوم و فولادهای زنگنزن، انتخاب یک یا دو جز اصلی و افزودن سایر عناصر آلیاژی برای به دست آوردن خواص ثانویه است. یه1در سال 2004 شروع به کشف آلیاژهای با چند عنصر اصلی با عنوان آلیاژهای آنتروپی بالا نمود. یه و همکاران توانستند آلیاژی با چند عنصر اصلی همراه با نسبتهای مولی مساوی یا نزدیک هم تولید کنند. آلیاژهای آنتروپی بالا به عنوان آلیاژهای محلول جامد دارای حداقل 5 عنصر اصلی با درصدهای اتمی تقریبا مساوی 5 تا 35 درصد تعریف میشوند. آنتروپی وضعیتی بالا در این آلیاژها منجر به تشکیل محلولهای جامد ساده FCC، BCC، مخلوطی از هر دو و یا حتی فازهای آمورف میشود. در آلیاژهای آنتروپی بالا به دلیل آنتروپی وضعیتی پایینتر ترکیبات بینفلزی، معمولا فاقد این ترکیبات و یا سایر فازهای پیچیده هستند.
با انتخاب دقیق و مناسب عناصر، در این آلیاژها شرایط بحرانی تشکیل ساختار BCC و FCC برقرار میشود و به جای ترکیبات بینفلزی، محلولهای جامد تشکیل خواهند شد. نوع ریزساختار و خواص آلیاژهای آنتروپی بالا به نوع و میزان عناصر تشکیلدهنده بستگی دارد. عمدتا ساختار به وسیلهی تغییرات آنتالپی اختلاط - Hmix - ، تغییرات آنتروپی اختلاط - - Smix و تفاوت اندازه اتمی - δ - تعیین میگردد و در صورت انتخاب دقیق عناصر و ترکیبات، محلولهای جامد FCC و BCC تشکیل خواهند شد. آلیاژهای آنتروپی بالا با ترکیب دو ساختار BCC+FCC خواص مکانیکی مطلوب، استحکام بالا و انعطاف پذیری خوبی از خود نشان دادهاند. محلول جامد آلیاژهای آنتروپی بالا ساختار همگنی دارد که از محلول جامد آلیاژهای دوتایی و سهتایی بسیار متفاوت است و هر اتم دارای شرایط یکسان برای اشغال کردن مکانهای اتمی است .
اثر استحکامدهی بسیار بالای محلول جامد، موجب کاربردهای صنعتی این آلیاژهای با سختی بالا در ابزارها، قالبها و قطعات دمای بالا که نیاز به استحکام بالا، مقاومت به سایش و اکسیداسیون نیاز دارند، اشاره نمود. روشهای تولید آلیاژهای آنتروپی بالا به سه دسته کلی تولید از حالت مذاب، تولید از حالت گاز، تولید از حالت جامد تقسیم میشوند. به علت قابلیت همگنسازی بهتر، عدم نیاز به دمای بالا، عدم جدایش فازی و هزینه نسبتا پایین، روش آلیاژسازی مکانیکی توجه بسیاری از محققین را جلب نموده است .[3]
آلیاژهای آنتروپی بالا دارای ویژگیهایی از قبیل سختی بالا، مقاوم در مقابل سایش، استحکام حرارتی، پایداری حرارتی خوب و مقاومت به خوردگی خوب هستند. تحقیقات نشان داده است، عناصر نیکل، منگنز و آلومینیوم در آلیاژهای آنتروپی بالا باعث پایداری محلول جامد BCC میشود .
هدف این پژوهش ساخت آلیاژ نرم مغناطیسی دارای آنتروپی بالا CoNiMnCrAl و CoNiMnCrAlSi به روش تولید آلیاژسازی مکانیکی و عملیات حرارتی میباشد. در این پژوهش مشخصهیابی و خواص مغناطیسی آلیاژ مورد بررسی قرار گرفته است.
مواد و روش تحقیق
پودرهای کبالت، نیکل، منگنز، کروم، آلومینیوم و سیلیسیوم با درصد خلوص 99/8 درصد و اندازه دانه کمتر از 65 میکرون از شرکت مرک آلمان به عنوان مواد اولیه استفاده شد. دستگاه آسیاب سیارهای مورد استفاده در این پژوهش، شامل چهار محفظه از جنس فولاد زنگنزن است. جنس گلولههای مورد استفاده نیز از فولاد کروم سخت میباشد. در هر محفظه یک ورودی و خروجی گاز آرگون برای ایجاد محیط خنثی تعبیه شده است. به منظور عملیات حرارتی پودرها از کوره آزمایشگاهی Heraeus استفاده شد. جهت ارزیابی فازی نمونههای پودری از روش پراش پرتوی ایکس استفاده شد. دستگاه پراشسنجی پرتو ایکس مورد استفاده در این پژوهش دستگاه مدل PW3710 ساخت شرکت فیلیپس با هدف مسی و فیلتر نیکلی است. تیوب اشعه ایکس مورد استفاده در این دستگاه شامل تیوب مسی با طول موج 1/542 A است. ولتاژ کاری دستگاه 40 kV، جریان 25 mA و اندازه گام 0/05 درجه است. مشخصهیابی فازهای موجود در الگوهای پراش سنجی پرتو ایکس در محدوده زاویه 40 الی 120 درجه و توسط نرم افزار X' Pert High Score انجام شد. به کمک دستگاه مغناطومتر ارتعاشی رفتار مغناطیسی نمونههای پودری، در دمای اتاق مورد بررسی قرار گرفت. دستگاه مغناطومتر ارتعاشی بر اساس قانون القای فارادی کار میکند. طبق این قانون تغییر در میدان مغناطیسی، باعث ایجاد میدان الکتریکی میشود.
