بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق آلیاژ آمورف Fe76C7Si3.3B5P8.7 با استفاده از مواد اولیه نسبتا ارزان قیمت و به روش آلیاژسازی مکانیکی، تولید گردید. بعد از 30 ساعت آلیاژسازی مکانیکی تحت اتمسفر آرگون فلز آمورف با 87 درصد فاز آمورف تولید گردید. در ابتدا جهت بررسی میزان تاثیر اتمسفر اعمالی و همچنین مواد افزودنی بر درصد آمورف شدن در سیستم آلیاژی Fe75-xC7Si3.3B5P8.7Pbx، آلیاژسازی مکانیکی تحت اتمسفر آرگون و نیتروژن و همچنین یک درصد سرب در بازه های 10 ساعت انجام شد. مطالعات ریزساختاری بر روی پودرها به روش پراش سنجی پرتو ایکس - XRD - نشان داد که آلیاژسازی تحت اتمسفر نیتروژن سبب افزایش میزان کریستاله شدن می شود و سرب نیز با نسبت کمتری، تحت اتمسفر آرگون سبب افزایش میزان کریستاله شدن می شود.مورفولوژی پودرها با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی بررسی شد.
مقدمه
فلز از دو جز اصلی تشکیل شده است فاز کریستالی که همان دانه است و فاز آمورف که مرزدانه ها است. در تاریخ گسترش فلزات، متالورژیست ها نسبت این دو جز را با تغییر اندازه ی دانه کنترل می کردند برای مثال تک کریستال ها با نداشتن مرزهای دانه ای درصد فاز آمورف آنها برابر صفر می باشد که برای کاربردهای الکتریکی و پره های توربین تحت دمای بالا استفاده می شد . به هر حال همیشه خط قرمزی پیشرفت های بشری را تا مدتی محدود می کند و بعد از آن خط قرمز شکسته می شود. آلیاژهای آمورف یک عبور از این خط قرمز برای فلزات سنتی بود که دانه ای ندارد و درصد فاز آمورف نزدیک به صددرصد است. آلیاژهای آمورف پایه آهن خواص ویژه ای دارند که البته محدودیت هایی در تولید آن ها وجود دارد که بررسی روش های تولید جدید برطرف کردن اینن محدودیت ها کمک می کند.
مبانی نظری پژوهش
آمورف شدن توسط آلیاژسازی مکانیکی با واکنش نفوذ در خود میان سطوح ذرات و در دماهای نسبتا پایین اتفاق می افتد. تبدیل شدن به فاز آمورف در آلیاژسازی مکانیکی به انرژی فراهم شده توسط دستگاه آسیاب کاری و خواص ترمودینامیکی سیستم آلیاژی بستگی دارد. ترمودینامیک و اصول سینیتیک آمورف شدن در حالت جامد و یا آلیاژسازی مکانیکی توسط اسچوارز1 و جانسون2 بررسی شده است.
[2] آن ها دو دلیل عمده برای تشکیل آلیاژ آمورف در سیستم های دو جزئی مشخص کردند: - 1 - گرمای انحلال منفی بالا میان عناصر تشکیل دهنده. - 2 - عدم تقارن زیاد در ضرایب نفوذ اجزای تشکیل دهنده ی ترکیب. - 3 - یک فاز آمورف از لحاظ سینیتیکی زمانی تشکیل می شود که فرآیند آمورف شدن سریعتر از کریستاله شدن باشد. همچنین محققان معتقدند که در حین آسیاب کاری آلیاژهای کریستالی همگن، انرژی داخلی شبکه با تشکیل عیوب کریستالی افزایش می یابد.
وقتی انرژی آزاد ساختار کریستالی از انرژی آزاد فاز آمورف بیشتر شد ساختار کریستالی می تواند به آمورف تبدیل شود. مطالعات وسیعی بر آلیاژهای آمورف پایه آهن تولید شده توسط آلیاژسازی مکانیکی انجام شده است که شامل سیستم های دو جزئی Fe - B ، Fe - Cr و - Fe Zr و سه جزئی Fe - Zr - B و Fe - Si - B و همچنین چند جزئی همانند Fe - Al - P - C - B ، Fe - Nb - Si - Cu - B می باشد. آلیاژ آمورف پایه آهن با ترکیب Fe - Cr - Mo - B - P - Si - C توسط آلیاژسازی مکانیکی در دانشگاه اصفهان تولید شد.
پیشینه ی پژوهش
با بررسی اجمالی خواص آلیاژ آمورف پایه آهن Fe-Si-P-C-B دارای ارزش بالایی جهت بررسی است وجود خواص کاربردی ویژه این ترکیب را صنعتی نموده است افزودن عناصر آلیاژی اگرچه در مواردی باعث بهبود خواص می شود ولی فاکتور قیمت تولید که از مهمترین بخش های صنعتی شدن است را فراهم نمی کند از این رو در این تحقیق به ساخت و بررسی آلیاژ آمورف Fe-Si-P-C-B با روش آلیاژسازی مکانیکی پرداخته شده است که مواد اولیه آن ارزان قیمت است. همچنین تلاش شده است که تاثیر متغییر های دیگری از قبیل اتمسفر اعمالی و مواد افزودنی غیر متعارف و ارزان قیمت را بر فرآیند تولید، ساختار و خواص بررسی کرد.
روش پژوهش
در این تحقیق به منظور کاهش هزینه تولید از مواد اولیه ای استفاده شد که به صورت ترکیبی از دو عنصر مورد نظر در سیستم آلیاژی نهایی بوده است. معمولا برای تهیه ی این ترکیب آلیاژی از عناصر به صورت خالص استفاده می شود چون عناصر فلزی نسبت به ترکیبات دوتایی گران قیمت تر است و همچنین بعضی عناصر از قبیل فسفر به صورت خالص حالت انفجاری دارد و تهیه آن مشکل است لذا ترجیحا فلزات به صورت ترکیبی استفاده شد. بر اساس مطالب مروری و دلایلی که قبلا اشاره شد ترکیب Fe76-xC7Si3.3B5P8.7Pbx در این تحقیق مورد آزمون و بررسی قرار گرفت. این سیستم نیاز به درصد وزنی مشخصی از عناصر آهن، کربن، سلیسیم، فسفر، و بور دارد. جهت تامین این عناصر در سیستم آلیاژی از مواد اولیه به شرح جدول 1 استفاده شد.
