بخشی از مقاله
چکیده
در فرآیندهای سنتی تولید فروآلیاژها، چون از کربن به عنوان عامل احیا کننده استفاده میشود، محصول تولیدی نیز همیشه حاوی مقدار قابل توجهی کربن است. لذا مصرف فروآلیاژ را برای تولید فولاد های خاص محدود میکند. در این تحقیق،"فروسیلیکومنگنز" به روش سنتز احتراقی - SHS - و آلیاژسازی مکانیکی - MA - تولید گردید. از پودرهای صنعتی اکسید سیلیسیم، اکسید منگنز، آهن و آلومینیوم - احیاکننده - به عنوان مواد اولیه استفاده شد. سنتز احتراقی توسط شعله اکسی استیلن انجام شد. برای این منظور از مواد اولیه فعالسازی شده و فعالسازی نشده برای تولید فروسلیکو منگنز گرید - 10%Si-74%Mn-16%Fe - استفاده شد. محصول بدست آمده از آزمایشها توسط پراش پرتو ایکس - XRD - و میکروسکوپ الکترونی روبشی - SEM - مشخصهیابی شد. عدم وجود پیکهای اکسید منگنز و اکسید سیلیسیم در الگوی پراش پرتو ایکس و حضور پیکهای اکسید آلومینیم نشان داد واکنش احیا کامل شدهاست.
کلمات کلیدی: فروآلیاژ، فروسیلیکومنگنز، آلومینوترمی، آلیاژسازی مکانیکی، سنتزاحتراقی.
مقدمه
بسیاری از عناصر فلزی و گاهی غیر فلزات در آهن حل میشوند که محلول جامد آنها فروآلیاژ گفته میشود. فروآلیاژها عموماً نسبت به عنصرآلیاژی دارای نقطه ذوب کمتری هستند و لذا در موقع افزودن به فولاد مذاب به سرعت ذوب شده و در مذاب حل میشود در حالیکه بسیاری از عناصر آلیاژی دارای نقطه ذوب بالاتر از فولاد هستند و اگر به فولاد مذاب اضافه شوند قبل از حل شدن مقدار قابل توجهی از آن اکسید میشود. با توجه به میزان تولید، فروآلیاژها می توانند به دوگروه اصلی آلیاژهای عام - عمومی - و آلیاژهای خاص - ویژه - تقسیم شوند. فروآلیاژهای عمومی - فروکروم، فروسیلیکون، فرومنگنز، سیلیکومنگنز و فرونیکل - از نظر تناژ حدود 90 درصد تولید اصلی فروآلیاژها در اتحادیه اروپا را شامل میشوند. در مقایسه، میزان تولید فروآلیاژهای ویژه نسبتاً کمتر است. فروآلیاژهای ویژه - فرو وانادیوم، فرومولیبدنیوم، فروتنگستن، فروتیتانیم، فروبور، فرونیوبیوم - نیز بیشتر درصنایع آهن و فولاد استفاده میشود.
علاوه بر این، استفاده فروآلیاژهای خاص در صنایع غیرآهنی - آلومینیوم - و صنایع شیمیایی کاربرد بیشتری پیدا کردهاست .[1] فروسیلیکومنگنز که یک محلول جامد از سیلیسیم و منگنز در آهن است و با نسبت های مختلف منگنز به سیلیسیم تولید میشود به جای فروسیلیسیم و فرو منگنز در فولادسازی مصرف میشود. فروسیلیکومنگنز مانند سایر فروآلیاژها در کورههای قوس الکتریکی خاصی1 و با ماده احیا کننده کک تولید میشوند. برای تولید فروآلیاژهای خاص اغلب از روش متالوترمی استفاده میشود. در بین روشهای متالوترمی، آلومینوترمی کاربرد بیشتری دارد. کاهش نسبی قیمت آلومینیوم و نیاز به فروآلیاژهای بسیار کم کربن باعث شدهاست که تولید برخی فروآلیاژهای عام مانند فروکروم به روش متالوترمی هم مد نظر قرارگیرد. بخصوص بعد از کاربردی شدن روش سنتز احتراقی، استفاده از این روش برای تولید فروآلیاژها مورد توجه بیشتر قرار گرفتهاست.
روش سنتز احتراقی یکی از تکنیکهای مهم و پرکاربرد برای ساخت مواد پیشرفته است که شامل بیش از 500 نوع ماده مانند کاربیدها، بوریدها، سیلیسیدها، نیتریدها، سولفیدها، اکسیدها، بین فلزیها و کامپوزیتهای پیچیده میباشد. سنتز احتراقی روشی است که در آن از خاصیت گرمازایی برخی واکنشهای گرمازا استفاده میشود. در این روش با انجام واکنش در مقدار کمی از مواد اولیه، گرمای قابل ملاحظهای تولید میشود. گرمای حاصله به حدی است که میتواند انرژی فعالسازی لازم برای لایههای مجاور را فراهم کند. لذا واکنش به سایر نقاط نیز انتقال پیدا میکند .[5-2] فرآیند سنتز احتراقی دارای مزایایی نیز میباشد که عبارتاند از: ساده بودن و کم انرژی بودن فرآیند، صرفهجویی در زمان، کسب محصولاتی با خلوص بالا، امکان سنتز و متراکم کردن همزمان و امکان بدست آوردن فازهای شبه پایدار .[8-6]
روش تحقیق
یک گرید متداول از فروسیلیکومنگنز طبق جدول - 1 - برای تولید به روش آلومینیوترمی در نظر گرفتهشد. درحقیقت برای تولید آلومینوترمی فروسیلیکومنگنز فرمولاسیون نمونهها طبق واکنش کلی زیر و براساس گرید مذکور انجام شدهاست. در نمونههای سنتز حرارتی از نمونههای فعالسازی شده - آسیاکاری شده - و فعال نشده استفاده گردید. آزمایشات و نمونهسازیها براساس جدول - 2 - انجام شد. مخلوط پودری با نسبت استوکیومتری و 10 درصد اضافی آلومینیوم - احیاکننده - طبق واکنش مشخص، آمادهی آلیاژسازی و سنتز احتراقی شدند.
به منظور شناسایی فازهای تشکیل شده حین فعالسازی مکانیکی و سنتز احتراقی از یک دستگاه پراش پرتو ایکس Philips مدل XPERT استفاده گردید. ولتاژ مورد استفاده در دستگاه 40kv و جریان اعمالی 40mA بود. در کلیه آزمایشات از اشعه تک موج با طول موج 1/5405 آنگستروم استفادهشد. نرخ روبش 1 و اندازه گام روبش 0/05 درجه و محدوده روبش 20 تا 100 درجه انتخاب شد. آنالیز عنصری نقطهای و در محدوده وسیعتر توسط EDS ودستگاه میکروسکوپ الکترونی روبشی مدل Philips-XL30 انجام شد.
نتایج و بحث
مخلوط مواد اولیه برای تولید فروسلیکومنگنز با ترکیب - 10%Si-74%Mn-16%Fe - بر اساس اطلاعات ترمودینامیکی زیر برای واکنش - 1 - محاسبه شد که نشان دهنده نیروی محرکه بالا و گرمازایی زیاد میباشد و قادر است دمای نقطهای محصول را تا حدود 3000 کلوین بالا ببرد. = -924195 j = -909176 j = 3072 kبا توجه به محاسبات ترمودینامیکی ملاحظه شد، واکنش مذکور در دمای محیط به شدت گرمازا بوده و دارای تغییرات انرژی آزاد منفی است، یعنی از نظر ترمودینامیکی در دمای محیط قابل انجام است. بطور کلی برای آنکه یک واکنش از نوع خود احتراقی باشد حداقل دمای آدیاباتیک 1800 درجه کلوین لازم دارد .[10] بنابراین با توجه به اینکه دمای آدیاباتیک بالاتر از 1800 درجه کلوین است، انتظار
