بخشی از مقاله
چکیده
هدف از این پژوهش بهینهسازی فاکتورهای موثر بر تشکیل آلیاﮊ آمورف در سیستم Ni-Sn در حضور پودر عنصری تیتانیوم به عنوان افزودنی با روش آلیاﮊسازی مکانیکی بود. برای این منظور از روش تاگوچی با ماتریس ترکیبی L16 استفاده و پارامتر اندازهگیریشده درصد آمورف شدن تعیین شد. هفت فاکتور مختلف تاثیرگذار مشخص شدند که از این میان زمان آسیاکاری، درصد افزودنی و عامل کنترل فرآیند - PCA - در چهار سطح و سرعت آسیاکاری، نسبت وزنی گلوله به پودر - BPR - ، اتمسفر آسیاکاری و نسبت اتمی نیکل به قلع در دو سطح در نظر گرفته شدند.
از آنالیز واریانس برای دستیابی به بالاترین درصد آمورفیزاسیون استفاده و شرایط بهینه به این صورت حاصل شد: زمان آسیاکاری ٢٤ ساعت، درصد افزودنی ١٠%، عدم حضور PCA، سرعت آسیاکاری rpm ٢٥٠، نسبت وزنی گلوله به پودر ١:٤٠، اتمسفر گاز آرگون و نسبت اتمی نیکل به قلع ٣ - ٢٥/٧٥ - . در شرایط یادشده نتیجهی مورد انتظار ٣/٩٣% بود و آزمون تایید نیز از ٧/٩١% آمورف شدن حکایت داشت. همچنین زمان آسیاکاری با درصد مشارکت ٤/٥١% به عنوان موثرترین فاکتور تعیین شد.
۱. مقدمه
آلیاﮊسازی مکانیکی گونهای از واکنشهای حالت جامد بوده که مادهی اولیهی آن مخلوطی از پودر عناصر مختلف است و امکان سنتز ترکیبات بینفلزی - با فرمپذیری بالا - ، تولید آمورف - در محدودهی وسیعی از ترکیب شیمیائی و با پایداری حرارتی زیاد - و مواد نانوکریستالین، و تهیهی سوپرآلیاﮊهای مقاوم به خزش - به روش پراکنده سختی - از کاربردهای آن است. آنچه در این فرآیند برای ذرات پودر رخ میدهد، چرخهی مداومی از تغییر فرم پلاستیک، شکست و جوش سرد است که نرخ انجام آنها در طول فرآیند تغییر میکند ]١.[ سیستم نیکل- قلع، یکی از سیستمهای کلیدی در لحیم های بدون سرب، به علت مقاومت به خوردگی بالا مورد توجه است و بدیهی است که این مقاومت در حالت آمورف افزایش یابد.
بهطور کلی سه شرط برای تشکیل آلیاﮊ آمورف در آلیاﮊسازی مکانیکی ذکر شده است؛ وجود انتالپی اختلاط منفی بزرگ در حالت مذاب بین عناصر، وجود اختلاف در ضریب نفوذی عناصر ]١-٣[ و نهایتا چندجزئی بودن یا حضور چندین عنصر در تشکیل فاز آمورف ]٤.[ در آلیاﮊسازی مکانیکی، فاکتورهای متفاوتی بر روی تولید فاز آمورف تاثیر دارند که بررسی تمامی این فاکتورها و تاثیر متقابل آنها بهمنظور بهینه کردن، امری وقتگیر، پرهزینه و دشوار است.
بنابراین، تحلیل با استفاده از روش های آزمایشی متداول غیرکارا خواهد بود. روش تاگوچی ترکیبی از شیوه های ریاضی و آماری مورد استفاده در تحقیقات تجربی است. با استفاده از این روش می توان شرایطی که کمترین واریانس را داراست به عنوان شرایط بهینه معرفی کرد ]٥-٧.[ در این روش به تعداد اندکی آزمایش نیاز است که با توجه به زمانبر بودن انجام آزمایشها در آلیاﮊسازی مکانیکی نکته ی قابل توجهای است. از این رو، در این پژوهش از روش تاگوچی برای بهینهسازی - افزایش - میزان تشکیل آلیاﮊ آمورف و تعیین درصد مشارکت هر یک از فاکتورها در آن و بررسی پاسخ درحالت بهینه استفاده شد.
۲. مواد و روش تحقیق
پودرهای نیکل Merck - با خلوص ٥/٩٩% و اندازه ذرهی حدود ١٠ میکرون - ، قلع Merck - با خلوص ٩٩% و اندازه ذرهی بسیار ریز١ - و تیتانیوم Merck - با خلوص بیشتر از ٩٨% و اندازه ذرهی حدود ١٥٠ میکرون - به عنوان مواد اولیه به کار رفتند. آزمایشها با استفاده از آسیای گلولهای ماهوارهای - M2000 - با ظروفی از جنس فولاد SPK انجام شدند. گلولههای آسیاکاری از جنس فولاد ضدزنگ در دو قطر ٧ میلی متر - با وزن ٤/١ گرم - و ١٠ میلی متر - با وزن ١/٤ گرم - انتخاب شدند. وزن کل پودر ثابت - ٥ گرم - در نظر گرفته شد و تعداد ٣٦ گلوله از هر قطر - حدود ٢٠٠ گرم - و ١٨ گلوله از هر قطر - حدود ١٠٠ گرم - به ترتیب برای تعیین نسبتهای وزنی گلوله به پودر ١:٤٠ و ١:٢٠ به کار رفت. عامل کنترل فرآیند - PCA - در آزمایشها اتانول انتخاب شد.
طراحی آزمایشها با روش تاگوچی
فاکتورهای مورد بررسی وسطوح آنها که در طراحی با روش تاگوچی به کار رفتند در جدول ١ نشان داده شدهاند. در این طراحی، از آنجا که بیشتر پارامترها دوسطحیاند به یک ماتریس متعامد با پایهی دوسطحی نیاز است. هرکدام از پارامترهای چهارسطحی در سه ستون جای میگیرند، یا به عبارت دیگر درجهی آزادی سه دارند، بنابراین نه ستون نیاز خواهند داشت. چهار پارامتر دوسطحی باقیمانده نیز هرکدام در یک ستون قرار می گیرند.
