بخشی از مقاله
چکیده
در تحقیق حاضر، تاثیر عنصر کروم برروي حلالیت تنگستن در آلیاژنانوساختار مس –تنگستن به روش آلیاژسازي مکانیکی مورد مطالعه وبررسی قرار گرفت. بدین منظور پودرهاي اولیه مس ، تنگستن وکروم دریک آسیاي گلوله سیاره اي پرانرژي باهم مخلوط شدند تا ترکیب اسمی Cu-4%W-5%Cr بدست اید. پودرهاي حاصله براي بررسی تغییرات میکروساختاري ،تغییرات مورفولوژیکی واندازه ذرات به ترتیب تحت آنالیز پراش اشعه ایکس - XRD - و میکروسکوپ الکترونی روبشی - SEM - مجهز به آنالیزور EDS،قرار گرفتند.
نتایج بدست آمده نشان می دهند که با افزودن کروم وافزایش زمان آسیاکاري تا 96hاندازه کریستالیت ها تا حد نانومتري کاهش ،اما کرنش داخلی افزایش یافت.همچنین اضافه کردن کروم منجر به ریز شدن اندازه ذرات پودري می شود که این امر ناشی از این است که افزودن عنصر کروم باعث افزایش کارسختی وهمگن تر شدن پودرها می شود.
مقدمه
با توجه به قابلیت هایی که براي فرآیند آلیاژسازي مکانیکی شناخته شده است گستره وسیعی از مواد وساختارهاي مختلف با این روش تولید شده اند.[1] یکی از مزیت هاي آلیاژسازي مکانیکی نسبت به انجماد سریع، تولید آلیاژهایی با ترکیب و ریزساختار همگن تر وهمچنین افزایش بیشتر حلالیت عنصر آلیاژي می باشد که این مزیت باعث رویکرد محققان در سال هاي اخیر به این روش شده است
دراین فرآیند ذرات پودر در حین آسیا کاري بین گلوله ها گیر افتاده ومتحمل تغییر شکل و یا شکست می شوند که این امر ساختار نهایی را تعیین می کند1]و4،.[5 لازم به ذکر است که درآلیاژ مس – تنگستن تشکیل فاز کم ثبات در طول واکنش حالت جامد عناصر با گرماي اختلاط منفی هم از دید ترمودینامیکی هم از دید سینتیکی می تواند شرح داده شود ولی واکنش حالت جامد بین عناصر نامحلول هنوز کامل درك نشده است.
به دلیل گرماي اختلاط خیلی بالا - 5/35 کیلو ژول بر مول - براي سیستم مس – تنگستن این سیستم در حالت مذاب نیز نامحلول است. [7 ] هدف از تحقیق حاضر بررسی اثرافزودن کروم برروي خواص میکروساختاري آلیاژنانوساختار Cu-%4Wمی باشد که انتظار می رود که با اضافه کردن کروم بتوان آلیاژ جدیدي باخواص فیزیکی ومکانیکی مناسب تولید کرد.
روش آزمایش
در این پژوهش از پودرهاي مس، تنگستن و کروم با خلوص 99 درصد و میانگین اندازه ذرات به ترتیب 20 ،20 و 9 میکرومتر تولید شده توسط شرکت مرك، بعنوان مواد اولیه استفاده گردید. آلیاژسازي در یک آسیاي گلوله سیارهاي پر انرژي Fritsch بانسبت وزنی گلوله به پودر1:20 انجام شد. از گلولههاي فولادي با قطر10 و 20 میلیمتر استفاده شد. تمام آسیاکاريها با سرعت 350 دور در دقیقه، تحت محافظت اتمسفر آرگون و در زمانهاي مختلف صورت گرفت.
پس از انجام آسیاکاري، نوع فازهاي تشکیل شده توسط دستگاه پراش پرتو ایکس - Bruker’s D8 system Germany - با تابش - Cu Kα - λ=0.15405 nm - و محدوده 2θ برابر 30 تا 110 درجه - آنالیز شدند.اندازه کریستالیت، میکروکرنش شبکه با استفاده از نتایج آنالیز تفرق اشعهي ایکس و معادله معروف ویلیامسون- هال بدست آمد.[8] از میکروسکوپ الکترونی روبشی - Cam Scan mv 2300 - براي بررسی مورفولوژي، شکل و اندازه ذرات پودر استفاده گردید.
نتایج وبحث
شکل 1و2 به ترتیب الگوي تفرق اشعه ایکس مخلوط پودرهاي آسیاکاري شده حاوي صفر درصد و 5درصد کروم را در زمانهاي مختلف آسیاکاري نشان می دهد. در الگوي پراش اشعه ایکس نمونه آسیا نشده عناصر تنگستن و کروم خالص با ساختار bcc، ومس با ساختار fcc مشاهده می شود. در هر دو نمونه با افزایش زمان آسیاکاري تا 96 ساعت هیچ پیک تنگستن وکرومی در الگوي تفرق مشاهده نمی شود که این نشان می دهد که واکنش آلیاژسازي در محفظه آسیا قبل از کامل شدن آسیاکاري پایان یافته و به ترتیب محلول جامد Cu- - W,Cr - ,fccو Cu - W - تشکیل شده است.
با افزایش زمان آسیاکاري پیک هاي XRD پهن شده اند واز شدت آنها نیز کاسته شده که کاهش پیوسته اندازه کریستالیت وافزایش کرنش داخلی شبکه را نشان می دهند کاهش در شدت پیک ها هم می تواند ناشی ازاختلاف پارامترهاي شبکه عناصر و به علت نفوذ اتمی تنگستن وکروم به داخل شبکه مس وبه دنبال آن تشکیل محلول جامد می باشد.[9]
شکل :1 الگوي تفرق اشعه ایکس نمونه بدون کروم
شکل:2 الگوي تفرق اشعه ایکس نمونه حاوي کروم
درشکل3منحنی تغییرات اندازه کریستالیت بازمان آسیاکاري براي نمونه هاي حاوي 5 درصد کروم و بدون کروم نشان داده شده است . با افزایش زمان آسیاکاري بعلت تغییر شکل پلاستیک شدید،دانسیته عیوب ونابجایی ها افزایش می یابدو از همراستا شدن نابجایی ها،مرزهاي فرعی تشکیل می شود.
با ادامه آسیاکاري دانه هاي فرعی تغییر جهت داده وبه دانه هاي اصلی تبدیل می شوند،که باعث ریزدانه شدن وتشکیل ساختار نانوبلورین درحین فرایند آلیاژسازي مکانیکی می شود.همان طور که مشاهده می کنید براي هردونمونه با افزایش زمان آسیاکاري اندازه کریستالیت کاهش می یابد.یک کاهش شدیدي در اندازه کریستالیت تا12ساعت در هردونمونه مشاهده می شود که به دلیل افزایش دانسیته نابجایی ها وتشکیل مرزهاي فرعی می باشدپس از 12ساعت شیب منحنی تقریبا ثابت می شود که دلیل آن تبدیل مرزهاي فرعی به مرزهاي اصلی می شود.اندازه دانه آلیاژحاوي کروم نسبت به آلیاژ بدون کروم کاهش بیشتري دارد زیراکروم با رسوب بر روي مرز دانه ها، ازبزرگ شدن دانه ها جلوگیري می کند ودر نتیجه دانه ها دراثر تغییر فرم پلاستیک کوچکتر می شوند.
