بخشی از مقاله
چکیده
در تحقیق حاضر تولید فومهای بین فلزی نیکل - تیتانیم از مخلوط پودری عناصر نیکل و تیتانیم با استفاده از فرایند سنتز احتراقی موردمطالعه قرار گرفته است، در این بررسی پودرهای نیکل و تیتانیم با نسبت مولی 1:1 همراه با ماده فوم ساز در سیلندر استوانهای تحت پرس سرد قرار گرفتند. نمونههای کامپکت بهدستآمده تحت اتمسفر محافظ در کوره القایی تحت گرمایش با سرعت بالا قرار گرفتند. به دلیل واکنش گرمازای بین نیکل و تیتانیوم، محصول فرایند ترکیب بین فلزی و متخلخل نایتینول است. محصولات به کمک روشهای آنالیزی XRD ، SEM و تست ارشمیدس موردبررسی قرار گرفته و مشخصه یابی شدند. تأثیر چگالی خام و اندازه دانه پودرهای نیکل در فازهای تشکیلشده و اندازه و توزیع تخلخل در محصول بررسی گردید.
کلمات کلیدی: سنتز احتراقی، پرس سرد،کوره القایی، فوم بینفلزی، ماده فومساز، نایتینول.
مقدمه
یکی از مهم ترین ترکیبات بین فلزی نایتینول - NiTi - است که از خانواده آلیاژهای هوشمند بوده و دارای خواص بسیار ویژه ای است که آن را از سایر ترکیبات بین فلزی متمایز می کند3]،2،.[1 ازجمله حافظه پذیری، سازگاری با محیط بدن، سوپر الاستیسیته ، حافظه حرارتی، پلاستیسیته غیرطبیعی، مقاومت در برابر خوردگی بالا، مقاومت سایشی خوب و رفتار تریبولوژی ایده آل می باشد4]،2،.[1 این فلز بیشترین کاربرد را در صنایع پزشکی دارا است و ازجمله در ایمپلنتها، پلیتهای استخوان، فیلترهای لخته خون، استنت و ...استفاده میشود.[2]بهطور عمده دو روش ذوب و ریختهگری و متالورژی پودر جهت ساخت آلیاژ نایتینول به کار گرفته میشود.[5]
فرآیند سنتز خود پیش رونده در دمای بالا - SHS - که به آن سنتز احتراقی نیز گفته میشود، یکی از انواع روش های متالورژی پودر جهت تولید نایتینول متخلخل است که اساس آن استفاده از انرژی آزادشده از واکنش گرمازای بین Ti و Ni برای تولید محصول موردنظر میباشد2]،.[6این واکنش برای تولید ترکیب استوکیومتری NiTiمعمولاً با آزاد شدن حرارتی برابر حرارت تشکیل همراه است. حرارت موردنیاز برای شروع واکنش گرمازا بایستی در ابتدای فرایند تأمین شود، اما زمانی که واکنش شروع و بخشی از مخلوط واکنش کننده مشتعل شود، واکنش به صورت خودبه خودی پیش میرود3]،.[7 ازآنجاییکه مقدار قابل توجهی گرما توسط واکنش آزاد می-شود، احتمال ذوب جزئی ترکیب NiTi وجود دارد که با اضافه کردن عامل گرماگیر و کاهش دمای واکنش میتوان از آن جلوگیری کرد .[8]
این روش مقدار کنترلشدهای از تخلخلهای بههمپیوسته با اندازه مناسب و مورفولوژی اسفنجی شبیه به استخوان را ایجاد میکند .[7] در سال های اخیر از مواد فضاساز و فوم ساز برای ایجاد ساختار متخلخل و کنترل تخلخل نیز استفاده شده است .[9] عملیات سنتز احتراقی تحت تأثیر نفوذ و زمان واکنش میباشد بنابراین در طی آن فازهایی مانند NiTi2، و Ni3Ti نیز علاوه بر NiTi میتوانند تشکیل شوند.[6] در تحقیقات گذشته تأثیر اندازه پودرهای مواد تشکیل دهنده ، عامل گرمازا و ماده فوم ساز بررسیشده اند10]،.[11 در این پژوهش اثرات چگالی خام و اندازه دانه نیکل بر روی تخلخل و ساختار تشکیلشده موردبررسی قرار گرفت.
مواد و روش تحقیق
سنتز احتراقی نمونههایی متشکل از مخلوط پودری تیتانیم و نیکل با نسبت مولی برابر مورد برسی قرار گرفت. در این نمونه ها نیم درصد وزنی کلسیم هیدرید به عنوان ماده فوم ساز اضافه شد. مشخصات پودرهای واکنشگرمورداستفاده در آزمایشها در جدول - 1 - ارائهشده است.دانسیته فول نایتینول 6/45 گرم بر سانتیمتر مکعب است. جرمهای متفاوتی از نیکل و تیتانیم با نسبت مولی Ni:Ti=1:1 و با توجه به دانسیته خام مورد نیاز 75 - ،65و85 درصد دانسیته فول - توزین شد و به آنها نیم درصد وزنی CaH2 اضافه گشت، سپس مخلوط های پودری به مدت 15 دقیقه در هاون دستی مخلوط شدند و با استفاده از دستگاه پرس تحت نیروی فشاری 30 کیلو نیوتن قرار گرفته و به صورت قطعات فشرده استوانه ای شکل به طول 20 و قطر 11 میلیمتر - حجم مشخص - تهیه گشتند.
در جدول - 2 - مشخصات نمونههای تهیه شده آمده است. نمونه های پودری جهت انجام فرآیند سنتز احتراقی در محفظه احتراق قرار داده شدند. محفظه احتراق از لوله کوارتزی تشکیل شده که ابتدا و انتهای آن توسط نسوزهایی مسدود شده و جریانی از گاز آرگون در آن برقرار است. به کمک قطعه ای از نسوز متصل به درپوش فوقانی قطعه ای فولادی به عنوان تمرکز دهنده حرارت قرار گرفت که در اثر القا در مدت چند ثانیه گرم شده و حرارت را روی قاعده بالایی نمونه متمرکز میکند و واکنش انجام میشود.برای تعیین فازهای تشکیل شده در نمونه سنتز شده، و بررسی اندازه و توزیع تخلخل در آن ها، نمونه ها موردبررسی XRD و SEM و تست ارشمیدس قرار گرفتند.
