بخشی از مقاله
چکیده
چگالی کم و استحکام نسبتا بالا در کنار خواصی نظیر مقاومت به اکسیداسیون و خوردگی عالی، آلومینایدهای تیتانیوم را برای کاربرد در صنایع هوا فضا مورد توجه قرار داده است. در پژوهش حاضر به منظور برطرف کردن نقاط ضعف ترکیبات بین فلزی Al-Ti نظیر انعطاف پذیری و چقرمگی پایین این ترکیبات، تشکیل ریز ساختار نانومتری و دو فازی شامل ترکیبات Ti3Al - 2 - در زمینه - 7L$O - با استفاده از روش آلیاژسازی مکانیکی - MA - مورد مطالعه قرار گرفته است. افزودن عنصر نیوبیوم به منظور افزایش استحکام و بهبود مقاومت به اکسیداسیون این ترکیبات در نظر گرفته شد. نتایج آزمون پراش پرتوی ایکس - XRD - از پودرها، پس از آلیاژسازی مکانیکی، تشکیل ریز ساختار نانومتری و دو فازی 2 + به همراه ترکیبات بین فلزی Al-Nb را نشان میدهد.
مقدمه
نسبت مشخصی از اتمهای دو عنصر - معمولا فلز - که در ناحیه باریکی از ترکیب شیمیایی پایدار بوده و عموما دارای نقطه ذوب بالا و نظم پردامنه میباشد، ترکیبات بین فلزی نامیده میشوند .[1] تاکنون بیش از300 نوع ترکیب بین فلزی در صنعت مورد استفاده قرار گرفته است که از مهمترین آنها میتوان به آلومینایدهای نیکل، آهن و تیتانیوم اشاره کرد. خواصی نظیر چگالی کم، استحکام نسبتا بالا، نقطه ذوب بالا، مقاومت به اکسیداسیون و خوردگی عالی و همچنین مقاومت به خزش کافی در دمای بالا، آلومینایدهای تیتانیوم را برای کاربرد در صنایع هوا فضا مناسب ساخته است
شکل 1 نمودار فازی تعادلی سیستم دوتایی آلومینیوم- تیتانیوم را نشان میدهد که در آن چهار نوع ترکیب بین فلزی شامل Ti3Al، TiAl، Al2Ti، Al3Ti وجود دارد. از میان این چهار ترکیب، TiAl - - و Ti 3Al - 2 - ، بیشتر مورد توجه قرار گرفتهاند .[1] همچنین، ترکیب TiAl نسبت به Ti3Al با توجه به چگالی پایینتر، مدول یانگ بالاتر، انعطاف پذیری بیشتر در دمای بالا و دمای کاربردی بالاتر، در صنعت بیشتر مورد توجه قرار گرفته است. بنابراین، تحقیقات گستردهتری بر روی این ترکیب و بهبود خواص آن صورت گرفته است.
تمام ویژگیهای مثبت ترکیبات بین فلزی آلومینیوم- تیتانیوم، به دلیل ساختار منظم و پیوندهای قوی بین اتمها میباشد که آنها را برای کاربرد در دماهای بالا جذاب ساخته است. بزرگترین چالش در توسعه این ترکیبات، چقرمگی و انعطاف پذیری کم آنها در دمای اتاق میباشد .
در سالهای اخیر به منظور برطرف کردن نقاط ضعف آلومینایدهای تیتانیوم چندین روش از جمله، تشکیل ریزساختار دوفازی - 2+ - ، رسیدن به ساختار ریزدانه، و اضافه کردن عناصر آلیاژی مد نظر قرار گرفته است
شکل .1 نمودار فازی تعادلی سیستم دوتایی آلومینیوم- تیتانیوم
تحقیقات اخیر نشان دادهاند کاهش اندازه دانه تا مقیاس نانومتر توسط فرآیندهای مختلف تولید از جمله آلیاژسازی مکانیکی میتواند انعطافپذیری ترکیبات بین فلزی آلومینیوم تیتانیوم را بهبود بخشد
اکثر آلیاژهای پرکاربرد درآلومینایدهای تیتانیوم، نزدیک به گاما4 نامیده میشوند که دارای مقدار کنترل شده فاز ثانویه 2 در زمینه میباشد. به منظور حصول ریزساختار دوگانه - - 2 + درصد آلومینیوم میبایست از 35 تا 49 درصد اتمی باشد. تحقیقات نشان میدهد بیشترین انعطاف پذیری در ترکیب Ti-48at.% Al بدست میآیدکه علت اصلی این موضوع چندان مشخص نیست
تاثیر افزودن عناصر آلیاژی بر ریزساختار و خواص مکانیکی آلومینایدهای تیتانیوم در تحقیقات فراوانی مورد بررسی قرار گرفته است. عناصر آلیاژی موثر به منظور بهبود خواص ترکیب TiAl که داری ریزساختار دوگانه - 2 + - میباشد در سه گروه دسته بندی میشوند که هر کدام متناسب با ماهیت خود منجر به تغییر در خواص ترکیبات خواهند شد. یکی از مهمترین عناصری که به این ترکیبات افزوده میشود، نیوبیوم میباشد که در مقادیر 1 تا 4 درصد اتمی تنها سبب بهبود استحکام و مقاومت اکسیداسیون خواهد شد و تاثیری در انعطاف پذیری نخواهد داشت
در پژوهش حاضر به منظور برطرف کردن نقاط ضعف ترکیبات بین فلزی Al-Ti نظیر انعطاف پذیری و چقرمگی پایین این ترکیبات، تشکیل ریز ساختار نانومتری و دو فازی شامل ترکیبات 2 - Ti3Al - در زمینه - TiAl - با استفاده
از روش آلیاژسازی مکانیکی - MA - مورد مطالعه قرار گرفت. همچنین افزودن عنصر نیوبیوم به منظور افزایش
استحکام و بهبود مقاومت به اکسیداسیون این ترکیبات در نظر گرفته شد. نتایج آزمون پراش پرتوی ایکس - XRD -
از پودرها، پس از آلیاژسازی مکانیکی، تشکیل ریز ساختار نانومتری و دو فازی 2 + به همراه ترکیبات بین فلزی
Al-Nb را نشان میدهد.
مواد و روش تحقیق
پودرهای تیتانیوم - اندازه 110 میکرومتر و خلوص بیشتر از - %99، آلومینیوم - اندازه 150 میکرومتر و خلوص بیشتر از - %99 و نیوبیوم - اندازه 100 میکرومتر و خلوص بیشتر از - %99 به عنوان مواد اولیه استفاده شد. ترکیب اولیه آلیاژ Ti-48at.%Al و Ti-48at.%Al-3at.%Nb انتخاب گردید. فرآیند آلیاژسازی مکانیکی در دمای محیط با سرعت 320 دور بر دقیقه، به مدت 70 ساعت در محیط اتمسفر آرگون درون آسیاب گلولهای انجام شد.
