بخشی از مقاله
تولید نانو کامپوزیت زمینه مسی با ذرات تقویت کننده اکسید تیتانیم به روش آلیاژسازي مکانیکی روش درجا و بررسی خواص فیزیکی ومکانیکی آن
چکیده
در این پژوهش با استفاده از آسیاب سیاره اي و باهبه کارگیري فرآیند اکسیداسیون داخلی، سنتز نانو کامپوزیت زمینه مسی با ذرات تقویت کننده اکسید تیتانیم هCu/Tio2اانجام شد در ابتدا به منظور تشکیل محلول جامد پودر مس با مقادیرگ،چو ندرصد وزنی پودر تیتانیم، به مدت طلا ساعت تحت گاز محافظ خنشی آسیاب کاري شد و سپس پودر اکسید مس به عنوان عامل اکسید کننده اضافه و پروسه آسیاب کاري ساعت دیگر ادامه یافته در ادامه به منظور چگال کردن پودرها در فرایندي دو مرحله اي پرس شد زینتر نمونه ها در 0cهمه به مدت یک ساعت انجام شده مورفولوژی ذرات پودرها با میکروسکوپ الکترونی روبشی بررسی شد وزمان بهینه آلیاژسازي مکانیکی با استفاده از آنالیز طرح پراش اشعه X بررسی گردیده دانسیته نمونه ها بعد از اکسیداسیون داخلی به روش ارشمیدوس طبق استانداردASTM B328-96هاندازه گیري شدگهآزمایش سایش مطابق با استاندارد ASTM-G99 توسط دستگاه پین بر دیسک در نیروهاي اعمالی نیوتن و سرعت لغزشی ثابت در سه مسافت لغزشی مختلف انجام شد بر اساس نتایج با افزایش مسافت لغزشی، مقدار کاهش حجم ماده افزایش یافته و با افزایش درصد فاز تقویت کننده، نرخ سایش نانو کامپوزیت کاهش می یابد واژه رهاي کلیدي نانوکامپوزیت زمینه مس، ذرات تقویت کننده اکسید تیتانیم، اکسیداسیون داخلی، نرخ سایش، پین بر دیسک.
مقدمه
در سال هاي اخیر با توجه به پیشرفت صنایع مختلف، نیاز به موادي که دارايه هدایت الکتریکی و مقاومت سایشی خوبی باشد و دردماهاي بالا استحکام خود را حفظ کند، نظیر کنتاکت هاي الکتریکیه دیده می شودبهترین فلز مورد استفاده براي کنتاکت هاي الکتریکی فلز نقره است این فلز به دلیل دارا بودن هدایت الکتریکی و حرارتی بالا به عنوان فلز پایه براي این کاربرد خاص معرفی گردید تقاضا براي فلز نقره به عنوان فلز پایه با رشد سریع صنایع الکتریکی و ماشین آلات، افزایش یافت که نتیجه آن کاهش میزان نقره و افزایش قیمت آن شد از آن به بعد جایگزین کردن نقره با فلزي دیگر به یک دغدغه تبدیل شد با توجه به خواص مس به نظر می رسد که آلیاژهاي مس انتخابی مناسبی براي این کاربردها باشد ولی عدم حفظ استحکام در دماهاي بالا و کم بودن مقاومت سایشی این فلز، باعث شد که نتوان مس خالص را به عنوان فلز مورد استفاده براي کنتاکت هاي الکتریکی معرفی کرد.
مقاومت به سایش کامپوزیت هاي زمینه مسی با ذرات تقویت کننده به طور قابل ملاحظه اي بیشتر از مس خالص است همچنین این کامپوزیت ها داراي هدایت الکتریکی و حرارتی مناسبی اند،و به علت وجود ذرات ریز تقویت کننده استحکام خود را در دماهاي بالا حفظ میکنند همچنین ذرات تقویت کننده آگلومره نمی شوند؛ و در دماهاي بسیار بالا شروع به رشدکردن می کنند و به همین علت است که این کامپوزیت ها استحکام نسبتا بالاي خود را تا دماهاي بالا حفظ می کنند یکی از معروف ترین این کامپوزیت هاCu/Al2O3 است.
در دهه اخیر به دلایلی توجه زیادي به فرآیند اکسیداسیون داخلی شده استگهاولا به علت اینکه حین این فرآیند، پوسته هاي اکسیدي سطحی تشکیل نمی شود ثانیا ذرات فاز ثانویه که با انجام اکسیداسیون داخلی در آلیاژ تشکیل می شود، تاثیر چشمگیري در خواص مکانیکی، مغناطیسی و دیگر خواص آلیاژ دارد و نهایتا با داشتن مقادیر نفوذپذیري حلالیت اکسیژن در فلز زمینه میتوان توانایی انجام اکسیداسیون داخلی را تخمین زد Shuhua LiangوLiang Fang صخشه مشکلات اصلی تولید کامپوزیت qCu/Al2O3 با اکسیداسیون داخلی را درمدت زمان اکسیداسیون داخلی زیاد آن، عدم امکان دستیابی به اکسیداسیون کامل آلومینیم به علت حلالیت راحت آن در مس و همچنین کاهش سریع هدایت الکتریکی کامپوزیت به علت حضور آلومینیم در کامپوزیت Cu/Al2O3 بیان کردند با توجه به دیاگرام فازي Cu-Al مقدار حلالیت Al در Cu حدود درصد وزنی است واگر مقداري از Al حل شده در Cu در حین اکسیداسیون داخلی از شبکه Cu خارج نشود، باعث کاهش هدایت الکتریکی کامپوزیت Cu/Al2O3 می شود بنابراین براي حل این مشکل بهتر است به جاي Al از عنصري استفاده کرد که زمان اکسیداسیون داخلی را کاهش دهد و فرآیند اکسیداسیون داخلی را به راحتی کنترل کند گاز جمله عناصري که چنین ویژگی دارد، تیتانیم است که با توجه به دیاگرام فازي Cu-Ti، حد انحلال Ti در Cu کمتر از درصد وزنی است از سوي دیگر نرخ اکسیداسیون تیتانیم بیشتر از آلومینیم است درنتیجه اگر مقدار کمی Ti در زمینه Cuاکسید نشده باقی بماند،می توان با عملیات حرارتی رسوب سختی، تیتانیم را از شبکه مس خارج کرد بنابراین تیتانیم هیچ تاثیر مضري روي هدایت الکتریکی کامپوزیت Cu/Tio2 ندارد.
مواد و روش تحقیق
مواد اولیه شامل پودرهاي مس Cuا، اکسید مس Cu2oا تولید شده توسط شرکت Merk با اندازه متوسط ذرات µ و پودر تیتانیم Tiا تولید شده توسط شرکت چینی baoji Xinnuo با اندازه متوسط ذرات µ خریداري و مورد استفاده قرار گرفت پس از تعیین نسبت وزنی پودرها، فرایند آلیاژسازي مکانیکی با نسبت گلوله به پودر بو سرعت چرخش ذور بر دقیقه دنبال شدنحوه انجام آلیاژ سازي براي سنتز نانو کامپوزیت Cu/Tio2به این نحو است که با توجه به واکنش استوکیومتري گاه مقدار مشخصی از پودر ها را براي هر مرحله آسیاب کاري در داخل محفظه ریخته شد و براي جلوگیري از اکسایش پودر ها تحت گاز محافظ آرگون با فشار تقریبی یک بار قرار گرفت وآلیاژسازي پودر ها توسط آسیاب سیاره اي پر انرژي انجام شد نمونه برداري از پودرها در مراحل مختلف آلیاژسازي به منظور بررسی مورفولوژي ذرات توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی و آنالیز پراش اشعه ایکس براي اطمینان ازدستیابی به محلول جامد همگن Cu-Ti انجام شد.
xCu+2Cu2O+Ti→TiO2+ - 4+x - Cu
