بخشی از مقاله
چکیده
امروزه فرو آلیاژها و فرو تیتانیوم یکی از پر مصرف ترین مواد در صنایع مختلف به خصوص ریختهگری و صنایع وابسته ×هستند. در پژوهش حاضر تأثیر کار مکانیکی بر سنتز آلومینوترمیک فروتیتانیوم از کنسانتره ایلمنایت و آلومینیوم و کربن و همچنین تأثیر میزان آلومینیوم در محدوده زمانی 10 تا 100 ساعت کار مکانیکی بررسی گردیده است. نتایج بدست آمده نشان میدهد که واکنش آلومینیوم و کربن با ایلمنایت برای تشکیل فروتیتانیوم تا زمان 10 ساعت اعمال کار مکانیکی برای نیم مول آلومینیوم انجام نگرفتهاست، ولیکن برای یک مول آلومینیوم فروتیتانیوم تشکیل شدهاست. پس از 50 ساعت کار مکانیکی، در الگوی پراش پرتو ایکس محصول، فازهای ایلمنایت و آلومینیوم به شدت قبل مشاهده نگردیدهاست و در مقابل فاز اکسید آلومینیوم تشکیل شده است که هر دو میتوانند نشاندهنده انجام واکنش آلومینوترمیک باشند. اعمال کار مکانیکی بیش از 50 ساعت تنها به ریزدانهتر شدن محصول واکنش منجر گردیدهاست.
کلمات کلیدی: فعالسازی مکانیکی، ایلمینایت، فروتیتانیوم، پراش پرتو ایکس
مقدمه
فروآلیاژها که در خانواده کلی آمیژانها قرار میگیرند آلیاژهایی از آهن میباشند که حاوی یک یا چند عنصر شیمیایی بوده و برای افزودن این عناصر به فلز مذاب بکار میروند. فروآلیاژها در صنعت فولادسازی برای ساخت فولاد آلیاژی، اضافه کردن عنصر آلیاژی چه برای ساخت فولاد آلیاژی و چه به منظور تصفیه مذاب، کاهش اکسیژن و گوگرد موجود در فولاد بکار میروند. معمولا خود عنصر بطور مستقیم به مذاب اضافه نمیشود بلکه از فروآلیاژ آن استفاده میگردد، زیرا: الف - تهیه فروآلیاژ ساده تر و ارزانتر از تهیه عنصر آلیاژی به صورت خالص است، ب - فروآلیاژها به دلیل نقطه ذوب پایین، آسانتر در مذاب مخلوط میگردند .[1] امروزه ترکیبات فرو استفادههای زیادی در صنایع مختلف دارد و ترکیبات فروتیتانیوم از این مورد مستثنی نیستند. به همین منظور تولید زیاد فروتیتانیوم میتواند باعث پیشرفت در صنعت شود.
-1فروتیتانیوم:
فروتیتانیوم آلیاژی از آهن و تیتانیوم است که حداقل حاوی %28 وزنی تیتانیوم میباشد. انواع مختلفی از فروتیتانیوم وجود دارد ولی رایج ترین نوع آنها حاوی %70 وزنی تیتانیوم است. ذوب فروتیتانیوم نسبت به انحلال تیتانیوم فلزی در مذاب سریعتر اتفاق میافتد در نتیجه تیتانیوم سریعتر وارد مذاب میشود. به همین دلیل است که استفاده از فروتیتانیوم یوتکتیکی در فولادسازی ترجیح داده میشود. فروتیتانیوم به دلیل چگالی بالاتر نسبت به تیتانیوم که باعث عدم شناوری بر روی سطح مذاب و اکسیداسیون آن میشود و همچنین به دلیل نقطه ذوب پایینتر نسبت به فلز تیتانیوم بازیابی بالاتری دارد .[2] فروتیتانیوم در مقایسه با تیتانیوم خالص دارای مزیت انحلال بهتر، پایینتر بودن نقطه ذوب، چگالی بالاتر و قیمت پایینتر میباشد. از عمده مصارف فروتیتانیوم میتوان به پالایش فولادها - فروتیتانیوم به شدت با گوگرد، کربن ، اکسیژن و نیتروژن واکنش داده و ترکیباتی نامحلول میسازد که به صورت سرباره جدا میشود و به همین علت به عنوان عامل احیاکننده، گوگردزدا و نیتروژنزدا استفاده میگردد - و ارتقاء ساختار فولاد - فروتیتانیوم باعث بهبود ساختار دانهبندی و درنهایت ارتقاء کیفیت فولاد کربنی میگردد - اشاره کرد .[3]
-2منابع فروتیتانیوم:
امروزه بخش عظیمی از فروتیتانیوم از ایلمنایت تأمین میشود. اگر چه این کانه بیشتر به عنوان یک منبع تیتانیومدار شناخته میشود ولی میتوان آهن را به عنوان محصول جانبی از آن بازیابی کرد. ایلمنایت خالص دارای 36/8 درصد آهن، 31/57 درصد تیتانیم و 31/63درصد اکسیژن است و اغلب مقدار کمیمگنتیت دارد .[4] این کانی با فرمول FeTiO3 و وزن مخصوص 4/5-5 g/cm3 بوده و دارای خاصیت مغناطیسی ضعیف میباشد. این کانی دارای وانادیم، اسکاندیم، تانتالیم و نیوبیوم میباشد .[5]
-3روشهای تولید فروتیتانیوم:
امروزه فرو تیتانیوم اغلب از طریق ذوب قراضه تیتانیوم با آهن در کوره القایی تولید میشود. فروتیتانیوم را به وسیله احیاء آلومینیوترمیک ایلمنایت نیز به دست می آورند که محصول حاصله تقریبا حاوی 40 درصد وزنی تیتانیوم، 8 درصد وزنی آلومینیوم و به همراه مقدار متعادل آهن میباشد .[6] این ترکیب در فرمولاسیون بسیاری از مفتول ها یا پوشش های الکترود های جوشکاری کاربرد دارد. از آنجایی که مهمترین کاربرد تیتانیوم، زدایش کربن و نیتروژن و اکسیژن از فولاد است، بهتر است فروتیتانیوم اولیه تا حد امکان کمترین مقدار این عناصر را داشته باشد. به همین دلیل است که فروتیتانیوم معمولا بر اساس درصد تیتانیوم قیمت گذاری میشود.
جالب توجه است که یک درصد نیتروژن می تواند با 3 الی 4 درصد وزنی ترکیب شود .[7] تولید فرو تیتانیوم به روش کربوترمیک باعث افزایش مقدار کربن در این آلیاژ میشود و چون عمده کاربرد فروتیتانیوم برای ترکیب شدن با کربن مذاب است، وجود کربن در فروتیتانیوم نامطلوب بوده و این روش تولید امرزوه به ندرت بهکار میرود. فروتیتانیوم تولیدشده با این روش حاوی 18-15 درصد تیتانیوم است .[8]در پژوهش حاضر به بررسی تولید فروتیتانیوم از ایلمنایت به وسیله فعال سازی مکانیکی پرداخته شدهاست که یکی از روشهای اصلی و در عین حال مدرن تولید فروتیتانیوم میباشد.
مواد و روش تحقیق
مواد مورد استفاده در این فرآیند پودر ایلمنایت کهنوج با خلوص 70 درصد با آنالیز ترکیبی موجود در جدول - 1 - ، پودر آلومینیوم با خلوص بالا و پودر گرافیت خشک میباشد.
