بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق آلیاژ آمورف/نانوکریستال Fe0.7Zr0.21Mo0.09 با استفاده از روش آلیاژسازی مکانیکی جهت استفاده در کاربردهای مغناطیسی نرم تهیه شده است. مراحل تولید این آلیاژ با استفاده از آنالیز پراش اشعه ایکس و میکروسکوپ الکترونی روبشی بررسی شده است. نتایج نشان میدهد که بعد از 60 ساعت آسیاکاری این آلیاژ آمورف/نانوکریستال پایه آهن تشکیل شده است ولی با توجه به الگوی پراش نمونهها مشخص گردیده است که انحلال کامل عناصر آلیاژی در زمینه آهن اتفاق نیفتاده است و تفاوت قابل ملاحظهای در الگوی پراش نمونههایی که 60 ساعت و 100 ساعت آسیا شدهاند مشاهده نمیگردد همچنین محاسبه اندازه دانه با روش ویلیامسون-هال نشان میدهد که اندازه دانه با افزایش زمان آسیاکاری کاهش پیدا میکند و اندازه دانه برای 60 و 100 ساعت آسیاکاری به ترتیب 25 و 15 نانومتر میباشد. علاوه بر آن با توجه به تصاویر میکروسکوپ الکترونی مشاهده میگردد که بعد از تغییر شکل اولیه ذرات به صورت لایهای در مراحل اولیه، در نهایت ذراتی همگن کروی شکل تشکیل میگردد.
واژگان کلیدی: آلیاژ آمورف/نانوکریستال، آلیاژهای پایه آهن، آلیاژسازی مکانیکی
مقدمه
در دنیایی که به شدت به انرژی الکتریسیته وابسته میباشد و با افزایش استفاده از انرژی الکتریسته افزایش خطر گازهای گلخانهای و تخریب محیط زیست وجود دارد هر گونه تغییری در راستای کاهش مصرف انرژی میتواند مفید باشد. با توجه به افزایش روزافزون استفاده از انرژی الکتریکی فشار بیشتری بر محیط زیست و منابع طبیعی میآید. یکی از روشهایی که می-توان به طور غیر مستقیم انرژی مصرفی را کاهش دهد، کاهش "اتلاف هسته"1، که مربوط به تولید و تبدیل انرژی الکتریسیته میباشد است.تمام تبدیلها از ژنراتور تا پریز برق و در نهایت در وسایل الکتریکی مانند کامپیوتر یا اتو توسط یک وسیله ساده شامل یک سیمپیچ مسی به دور یک هسته از مواد مغناطیسی نرم که معمولا آهن یا فولاد سیلیکونی میباشد انجام میگردد. اتلاف موجود در این وسیله شامل مقاومت مس و مغناطش هسته آن میباشد.
در یک محاسبه که در مورد مقدار انرژی تلف شده در هسته انجام گردیده است مشخص شده است - Makino, 2012 - که مقدار اتلاف ناشی از هسته در حدود 3/4% کل انرژی مصرفی میباشد که مقدار زیادی است البته با توجه به نوع ماده و پارامترهای تولید آن اتلاف توسط هسته مقادیر متفاوتی دارد.با توجه به تحقیقات انجام شده مشخص گردیده است که مواد آمورف/نانوکریستال پایه آهن خواص جالبی از جمله وادارندگی2 و اتلاف هسته کم دارند که آنها را مواد مناسبی برای استفاده در هسته قرار میدهد.دلیل استفاده از مواد آمورف/نانوکریستال در کاربردهای الکتریکی و مغناطیسی، خواص مغناطیسی نرم خوب این مواد میباشد. از خواص مغناطیسی نرم این مواد می-توان به وادارندگی کم آنها که ناشی از نبود نابجاییها و مرزدانههای است که در مواد بلوری به عنوان موانع بر سر راه حرکت دیوارههای حوزههای مغناطیسی عمل میکنند.
اما مشخصه مهمتر مواد آمورف ثابت ناهمسانگردی پایین این مواد میباشد که باعث میشود انرژی کمتری برای چرخش مغناطیسهای اتمی در ماده مورد نیاز باشد. که این ثابت پایین ناهمسانگردی خود ناشی از طبیعت غیرمنظم و تصادفی ساختار اتمی در مواد آمورف/نانوکریستال میباشد. و در نتیجه آن مقاومت کمتری در برابر تغییر مغناطش در اثر میدانهای متغیر در مواد آمورف/نانوکریستال نسبت به مواد بلوری شاهد هستیم. به هر حال در مواد آمورف/نانوکریستال به دلیل اینکه برای رسیدن به ساختار آمورف/نانوکریستال نیاز به اضافه کردن مواد غیرمغناطیسی به ساختار است مغناطش اشباع کمتری نسبت به مواد بلوری دارند. استفاده از آلیاژهای آمورف/نانوکریستال پایه آهن به دلیل هزینه پایین مواد اولیه و همچنین مغناطش اشباع بالا نسبت به دیگر آلیاژهای پایه آمورف نظیر Ni و Co مورد توجه بیشتری قرار دارد.
البته خواص مغناطیسی در آلیاژهای آمورف/نانوکریستال بستگی شدیدی به ترکیب و ساختار ماده دارد - J. P. Liu, ; Y. Liu, Sellmyer, & Shindo, 2008; Löffler, 2003; Fullerton, Gutfleisch, & Sellmyer, 2009 . - Makino, Men, Kubota, Yubuta, & Inoue, 2009از آنجایی که فاز آمورف از نطر ترمودینامیکی پایداری کمتری نسبت به فاز بلوری دارد داری انرژی آزاد بیشتری میباشد. در نتیجه برای تهیه این مواد روشهای ویژهای نیاز است. روشهای متفاوتی برای تهیه مواد آمورف از جمله آلیاژسازی - Isnard, & Popa، رسوبگذاری الکتریکیSziráki et al., 2012Syed et al., 2015 - 4 ; - ، کندوپاشFager, - 5 Meng et al., 2015Greczynski, Jensen, Lu, & Hultman, 2014 ; - ، انجماد سریعDutkiewicz et al., - 6 page7 - ; Mukherjee, Ande, Manna, Murty, & Mukhopadhyay, 20102009 و مذاب ریسیY.-h. Zhang et - 7 - ; Y. Zhang et al., 2014al., 2013 استفاده شده است.
از سال 1983 استفاده از روش آلیاژسازی مکانیکی به طور گسترده برای تهیه مواد آمورف استفاده شده است. دلیل این افزایش کاربرد آلیاژسازی مکانیکی در تهیه مواد آمورف مزیت-های متعدد آن میباشد که از جمله آنها میتوان به سادگی فرآیند - Nowroozi, Janghorban, Hashemi, Taghvaei, - & Maleksaeedi, 2013، گستره ترکیبی وسیعتر - Taghvaei et al., 2012 - ، امکان تهیه قطعه از پودر تهیه شده، همگنی آلیاژ تهیه شده، امکان استحکام دهی به روش توزیع ذرات در زمینه - Karimi & Shokrollahi, 2011 - ، امکان تهیه در مقدار زیاد - - Du & Ramanujan, 2005، کنترل آسان پارامترهای فرآیند - Du & Ramanujan, 2005 - و هزینه پایین - Besmel & Shokrollahi, 2012 - اشاره کرد.شکل 1 نشاندهنده خلاصه درک امروز ما از وادارندگی Hc در تمام محدوده ساختاری مرتبط با طول، که از فاصله اتمی در مواد آمورف شروع شده و تا اندازه دانه در محدوده نانومتری وسپس اندازه دانه ماکروسکوپی را نشان میدهد.
در اندازه دانه بزرگ وادارندگی رابطه معکوس با اندازه دانه دارد در نتیجه خواص مغناطیسی نرم خوب در اندازه دانه خیلی بزرگ - بیشتر از 100 میکرومتر - به دست میآید. کاهش اندازه دانه باعث افزایش وادارندگی تا یک مقدار ماکزیمم میشود. با وجود این کمترینوادارندگی دوباره در کمترین اندازه ساختاری مانند مواد آمورف - اندازه دانه در حد فاصله اتمی - و آلیاژهای آمورف/نانوکریستال با اندازه کمتر از 20 نانومتر به دست میآید. مشاهده میگردد که مواد آمورف/نانوکریستال در فاصله بین مواد آمورف و مواد پلیکریستال معمول قرار میگیرد. رابطه بسیار شدید وادارندگی با اندازه دانههای کوچک - D6 - نشان دهنده این واقعیت است که رفتار مغناطیسی نرم و سخت چقدر در این محدوده اندازه دانه میتواند به هم نزدیک باشد. به دلیل خواص منحصر به فرد مغناطیسی مواد آمورف/نانو کریستال، این مواد بسیار مورد توجه قرار گرفتهاند . - Herzer, 1997 - هدف در این تحقیق تهیه آلیای سه تایی آمورف/نانوکریستال پایه آهن با استفاده از روش آلیاژسازی مکانیکی میباشد.
