بخشی از مقاله
.1چکیده
در این تحقیق، امکان احیاء مکانوشیمیایی پودر اکسید تنگستن بوسیله عنصر روي، و تولید پودر کارباید تنگستنمورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور مخلوط پودرهاي اکسید تنگستن، روي، و گرافیت در زمان هاي مختلف آسیاکاري شدند. فلز روي که نقش عامل احیاء کننده را بازي می کند پس از آسیاکاري با انجام یک اسیدشویی موفق اسید شویی از سیستم حذف شد. به منظور شناسایی فازهاي تشکیل شده در طولآسیاکاري آزمایش پراش اشعه ایکس - XRD - بر روي نمونه هاي آسیاکاري شده و اسید شویی شده انجام شد. مرفولوژي و اندازه ذرات پودر سنتز شده با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی - - SEMو میکروسکوپ الکترونی عبوري - TEM - مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج نشان داد که واکنش هاي احیاء و تشکیل کاربید به صورت تدریجی با افزایش زمان آسیاکاري تا36 ساعت تکمیل می شوند.
.2مقدمه
کارباید فلزات خواصی هم چون استحکام در دماي بالا، مقاومت به خوردگی عالی،و پایایی شیمیایی در دماي بالا را دارا می باشند. در این میان کارباید تنگستن - WC - جایگاه ویژه و مهمی را به خود اختصاص داده است. دلیل این امر سختی و مدول یانگ بالاي این ترکیب است. بهمین دلیل در ابزار آلات برش،نوك مته هاي حفاري، پوشش قالب هاي کشش سیم و رویه هاي غلطک هاي نورد و… از آن استفاده می شود. با توجه به اینکه دماي ذوب تنگستن بسیار بالا و چیزي در حدود 3400 ˚C است، نمی توان با آلیاژسازي به روش هاي سنتی و ذوب، به سادگی کارباید تنگستن را تولید نمود.
همچنین روش هاي رایج تجاري که در آنها کارباید تنگستن WC با استفاده از واکنش هاي فاز جامد جامد - Solid - State تولید می گردد عموماً در دماهایی بالا در حدود1400˚Cتا1800˚Cو زمان هاي طولانی شکل میگیرند که منجر به اعمال هزینه هاي سنگین میشود1]و. [2 آلیاژسازي مکانیکی [3] - MA - یگانه روش قدرتمندي است که از آن براي تولید طیف گسترده اي از مواد منحصر به فرد می توان بهره گرفت.
براي مثال از این روش می توان براي تولید مواد نانو ساختار و نانو کامپوزیت 4]و[5 و تولید کاربایدها [6] نیز بهره گرفت، علاوه بر آن فاز هاي ناپایدار و شیشه اي را نیز میتوان از این روش تولید نمود.تا کنون کاربایدتنگستن را با استفاده از آلیاژ سازي مکانیکی از اکسید تنگستن WO3 و در حضور کربن به کمک احیا گري همچون منیزیم [5] و آلومینیوم [6] تولید کرده اند که از جمله مشکلات این روش ها می توان به امکان حضورفاز W2Cدر آنها اشاره کرد7]و[8 .فازW2C سختی و خواص مکانیکی فازWC را ندارد و از این جهت مطلوبنمی باشد.
هر چند فعالیت هایی براي حذف این فاز توسط پژوشگران صورت گرفته است9]و[10 ولی عدم تفکیک پذیري اکسید احیاگر به کار رفته - مثل - AL2O3درمحصولات این سیستم همواره جزء مشکلات آن می باشد.همچنین استفاده از احیاگرهاي دیگر هم چون فلزات قلیایی خاکی به دلیل واکنش پذیري فوق العاده بالاي آنها و افزایش دماي سیستم علاوه برهزینه هاي زیاد منجر به فعال شده واکنش هاي ناخواسته می شود.
در این پژوهش سعی بر آن است که کارباید تنگستنWC را با استفاده از احیاء مکانوشیمیایی در سیستم WO3/Zn/C بدست آورد. به دلیل پایین بودن گرماي - 250KJ - ∆H298˚= واکنش احیايWO3 به کمک Zn احیاي کربوترمی اتفاق نمی افتد که تولید ناخواسته ي فازW2Cرا منتفی کرده است. به دست آوردن پودرنانوذره کارباید تنگستن و توانایی حذف اکسید روي بوجود آمده حاصل از احیاي WO3 با استفاده از یک فرایند اسید شویی ویژگی مهم دیگر این روش است.
.3روش انجام آزمایش
مواد اولیه شامل پودرهاي اکسید تنگستن - WO3 - ، گرافیت - C - و روي - Zn - ساخت شرکت MERCK آلمان می باشند.ترکیب پودر اولیه به مقدار 5 گرم، و به نسبت استوکیومتري مطابق واکنش شماره ي1تهیه گردید وبه منظور در نظر گرفتن اثر اکسیداسیون سطحی عنصر روي ٪10وزنی بیشتر از مقدار استوکیومتري درترکیب پودرمصرفی ریخته شد. آسیاکاري مکانیکی در اتمسفر هوا، سرعت 300rpm، و نسبت گلوله به پودر - BPR - 41:1 توسط دستگاه آسیاي ماهواره اي پر انرژي انجام شد. گلوله هاي فولادي 12mmو10mm به ترتیب به تعداد 23و13عدد جهت آسیاکاري در محفظه هاي فولادي با حجم125cc مورد استفاده قرار گرفت.
گام هاي 12 ساعتی براي بررسی تاثیر زمان بر به انجام رسیدن واکنش ها اختیار گردید. به منظور حذف اکسید روي تشکیل شده پس از آسیاکاري عملیات اسید شویی انجام شد . بدین منظور از اسیدکلرید ریک - MERCK - %37 که به نسبت - 1:1 - توسط آب مقطر رقیق شده بود استفاده گردید.پس از فرایند اسیدشویی و شستشویپودر تولیدي با آب مقطر هر نمونه به مدت 10 ساعت در دماي 70˚Cدر oven خشک گردید نتایج بدست آمده پس از فرایند آسیاکاري توسط دستگاه پراش اشعه ایکس - XRD - با پرتوCuKα مورد مطالعه قرار گرفت.
در این رابطه D اندازه متوسط دانه، λ طول موج اشعه ایکس - 1.5405 - ، B عرض پیک در نصف ارتفاع ماکزییم و θ زاویه براگ است.مطالعات مرفولوژي محصول توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی - SEM - ومیکروسکوپ الکترونی عبوري انجام شد. واکنش انجام شده به شکل زیر است ،و دماي آدیاباتیک آن در حدود 1223˚C تخمین زده میشود که به معناي تدریجی انجام شدن واکنش ها میباشد.
