بخشی از مقاله
چکیده
یکی از عمده ترین روش های بهبود کیفیت اتصال بین لایه ها در نمونههای روکشکاری شده، بهره گیری از تکنیک تابکاری ثانویه می باشد. در مورد فلزات مس و تیتانیم، با افزایش دما تمایل زیادی به ایجاد ترکیبات بین فلزی در محل اتصال آنها وجود دارد. ماهیت چنین ترکیباتی در فصل مشترک به دلیل تاثیر در استحکام اتصال دو فلز دارای اهمیت میباشد.
بدین سبب در این تحقیق نوع و میزان لایههای واکنشی ایجاد شده در تابکاری ثانویه در زمانهای30 تا 200 دقیقه و دماهای 320 تا 760 درجه سانتیگراد مورد بررسی قرار گرفتهاند. نتایج نشان دهنده تشکیل چهار لایه بین فلزی Cu4Ti، Cu4Ti3، CuTi و CuTi2 در فصل مشترک مس و تیتانیم فلزات با استفاده از روشهای آنالیز عنصری و فازی به ترتیب EDS و GIXRD میباشد. همچنین، نخستین فاز بین فلزی CuTi بوده است که در دمای430 درجه سانتیگراد تشکیل می گردد.
مقدمه
مس روکشکاری شده با تیتانیم به دلیل کاربرد وسیع در صنایعی که نیاز همزمان به رسانایی بالای الکتریکی در محیطهای خورنده می باشد بسیار مورد توجه می باشد .[1] تکنیک های مورد استفاده در تولید کامپوزیت روکش کاری تیتانیم/مس/تیتانیم عموما معطوف به روش های جوشکاری حالت جامد مانند جوشکاری انفجاری و یا اتصال نوردی می باشد. در این بین تحقیقات مختلف نشان داده اند که بهره گیری از فرآیند تابکاری ثانویه تاثیر زیادی بر استحکام اتصال ایجاد شده دارد
تحقیق صورت پذیرفته بر روی اتصال نوردی ورق های مس و تیتانیم مؤید تشکیل فازهای بین فلزی مختلف در محل اتصال به شکل لایه واکنشی در دماها و زمانهای متفاوت از عملیات تابکاری می باشد.[1] اما ماهیت فازهای ایجاد شده، ترکیب شیمیایی و خواص ترمودینامیکی فازهای مختلف تشکیل شده مورد رسیدگی قرار نگرفته اند. در این تحقیق سعی خواهد شد با توجه به اهمیت حضور و ماهیت و خواص فازهای بین فلزی مختلف در فصل مشترک اتصال ورق های مس و تیتانیم فازهای واکنشی مختلف تشکیل شده مورد شناسایی قرار بگیرند.
مواد و روش تحقیق
در تحقیق حاضر ورق مس مس و تیتانیم خالص تجاری به ضخامتهای بترتیب 2و 0/3 میلیمتر مورد استفاده قرار گرفته اند. فرآیند اتصال نوردی توسط یک دستگاه نورد آزمایشگاهی با ظرفیت 20 تن انجام شده است. در گام اول ورق های مس و تیتانیم را در ابعاد 25×50mm2 برش زده و سپس توسط استون چربی زدایی کرده و سطوح تماس لایه ها بر روی هم توسط برس سیمی مدور برسکاری شده اند. پس از آن لایه ها تیتانیمی بر روی لایه مرکزی مسی قرار داده شده و توسط دو سیم مسی سر و ته آنها محکم میشوند. سپس سهلایه ایجاد شده با کاهش ضخامت حدود 60 درصد تحت اتصال نوردی قرار گرفته اند. عملیات تابکاری در کوره الکتریکی و در زمان های مشخص صورت پذیرفته است.
به منظور بررسی ساختار فصل مشترک مس و تیتانیم پس از عملیات تابکاری ثانویه و همچنین اندازه گیری ضخامت فازهای ترکیب بین فلزی از میکروسکوپ های الکترونی روبشی گسیل میدانی - - FESEM محصول شرکت Tescan در ولتاژ کاری 15kV و مجهز به سیستم طیفسنجی پراش انرژی پرتو ایکس - - EDS استفاده گردید است.
جهت ارزیابی فازهای بین فلزی با ضخامت پایین بر روی سطح نمونه های لایه کنی شده از روش برخورد سطحی پراش پرتو ایکس - GIXRD - بهره گیری شده است. در این روش آزمایش، از پرتو تک فام و موازی شده &X N استفاده شده است. زمان پرتو دهی هر گام روبش، برابر با 2 sec/step برای آنالیز نرمال و 4 sec/step در شرایط آنالیز برخورد سطحی انتخاب شدهاند. آنالیز در زاویه بین 20 2 94 برای آنالیز برخورد سطحی، انجام شد. زاویه تابش پرتو 1 انتخاب شدهاند.
نتایج و بحث
در شکل 1 تصویر فصل مشترک نمونههای اولیه اتصال نوردی شده در شرایط بهینه - بدون عملیات حرارتی ثانویه - و همچنین نمونه تابکاری شده در دمای 320 درجه سانتیگراد به مدت 200 دقیقه نشان داده شده است. چنانچه ملاحظه میگردد در فصل مشترک اتصال دو فلز تابکاری شده در دمای 320 درجه سانتیگراد - b - مشابه نمونه اولیه - a - هیچ گونه لایه واکنشی مشاهده نمیگردد. بنابراین میتوان بیان نمود که با انجام فرآیند تابکاری ثانویه تا دما و زمان مذکور لایه بین فلزی قابل تشخیص در فصل مشترک لایهها تشکیل نشده است.
شکل -1 تصویر میکروسکوپی از فصل مشترک نمونه اتصال نوردی شده - a - بدون عملیات تابکاری ثانویه و - b - تابکاری شده در دمای 320 درجه سانتیگراد به مدت 200 دقیقه.
شکل 2 تصویر فصل مشترک نمونههای تابکاری شده در دمای 430 درجه سانتیگراد و زمانهای 30، 60، 120 و 200 دقیقه را نشان میدهد. مشاهده میشود که تک لایه واکنشی بسیار در نمونه تابکاری شده در این دما و زمان 30 دقیقه قابل تشخیص می باشد که با افزایش زمان تابکاری ضخامت این لایه افزایش مییابد. اما همچنان یک تک لایه در فصل مشترک مشاهده میشود.
در این میان از آنجا که تشکیل و رشد لایه های بین فلزی غالبا توسط فرآیند نفوذ کنترل میشود، بنابراین افزایش ضخامت لایه ایجاد شده را میتوان به افزایش زمان نفوذ اتمها در فصل مشترک دو فلز نسبت داد. جهت تعیین ترکیب شیمیایی لایه ایجاد شده در ابتدا از تحلیل میکروپروب EDS استفاده گردید.
اما به دلیل قدرت تفکیک محدود این روش - در اینجا در حدود 600 نانومتر - و ضخامت نازک لایه تشکیل شده، نتایج حاصل از این تکنیک غیر قابل قبول میباشد. در ادامه سعی شد با بهرهگیری از روش GIXRD که در واقع برای شناسایی فازها و لایههای نازک سطحی مورد استفاده قرار میگیرد، ترکیب شیمیایی لایه واکنشی ایجاد شده را مورد بررسی قرار داد.
