بخشی از مقاله
چکیده :
در این تحقیق کامپوزیت Fe-Tic با استفاده از ایلمنیت به عنوان یک ماده اولیه ارزان قیمت، آلمینیوم و گرافیت به روش سنتز احتراقی تولید شد. به منظور مشخصه یابی محصولات از پراش پرتو ایکس - XRD - و میکروسکوپ الکترونی روبشی - SEM - استفاده شد. نتایج حاصل از آنالیز فازي نشان داد که واکنش سنتز در تمامی نمونه ها به طورکامل پیشرفته ، بطوریکه درهیچ یک از نمونه ها ایلمنیت باقیمانده مشاهده نشد. تصاویر حاصل از میکروسکوپ الکترونی رویشی توزیع کاربید تیتانیم در زمینه آهن را کاملاً مشخص نمود. همچنین تاثیر میزان آلمینیوم برمحصول سنتز بررسی گردید.
واژه هاي کلیدي : ایلمنیت – کامپوزیت – Fe-Tic سنتز احتراقی .
-1مقدمه :
استفاده از کامپوزیت ها یا مواد مرکب به دلیل برخورداري از مزایایی نظیر سبکی و استحکام بالا بسیار گسترش یافته بطوریکه از پایگاه ویژه اي در صنعت برخوردار شده اند. خواص مطلوب ذرات سرامیکی نظیر مدول الاستیک ، سختی و دماي ذوب بالا باعث شده که از این ترکیبات به عنوان فاز استحکام بخش دربسیاري از کامپوزیت ها با زمینه فلزاتی نظیر آلومینیوم ، آهن ، نیکل و تیتانیم استفاده شده است[ 1 ] .بنابراین دراین دسته از کامپوزیتها ، خواص نهایی به شدت تابع خصوصیات ذرات تقویت کننده آن نظیر ترکیب شیمیایی ، انداز، ساختار و نحوه توریع آنها در زمینه است [ 2 ] .یکی از روشهایی که در چند دهه اخیر براي تولید مواد سرامیکی و آلیاژ سازي کامپوزیتی بکارگرفته شده ، ستنز احتراقی می باشد که به سبب سهولت عملیات ، سرعت انجام بالا ، چگالی زیاد محصولات تولیدي و مصرف کم انرژي روشی کاملاً اقتصادي است . [ 3 ]
کامپوزیت Fe-Tic به روشهاي مختلفی از قبیل ، متالوژي پودر، ریختگري ، احیا کربوترمیک و ... تولید می گردد.در اکثر این روشها از پودر تیتانیم گران قیمت به عنوان ماده اولیه استفاده می شود [ 4 ] .از این کامپوزیت در ساخت پوششهاي مقاوم به سایش و همجنین اضافه کردن به فولاد و در چدن ریزي استفاده می شود. دراین تحقیق کامپوزیت Fe-Tic با استفاده ازماده اولیه ارزان قیمت ایلمنیت که به عنوان فراوان ترین کانه طبیعی تیتانیم دسترسی آسان به آن امکانپذیر می باشد، همراه با پودرآلمینیوم به عنوان عامل احیا کننده و گرافیت عامل کاربیدزا به روش سنتز احتراقی تولید گردید. مهمترین مزیت این روش در مقایسه با روش هاي قبلی استفاده ازماده اولیه ارزان قیمت و همچنین روش سنتز احتراقی که یک روش کاملاً اقتصادي است می باشد. 6 ]و . [5
-2روش تحقیق :
دراین پژوهش از کنسانتره ایلمنیت استرالیایی محصول شرکت Iluka استفاده شد. جدول 1 ترکیب شیمیایی و شکل 1الگوي پراش پرتوایکس این کنسانتره را نشان می دهد .پودر آلمینیوم ، با خلوص % 99/ 9 ، با اندازه ذرات بین 20 تا 50میکرون و پودر گرافیت با اندازه ذرات کمتر از 50 میکرون مورد استفاده قرارگرفت .پس از توزین مقادیر مشخصی از پودرها به منظورمخلوط کردن و فعال سازي، نمونه ها را به همراه ساچمه هاي فولادي درون آسیاب گلوله اي سیاره اي قرارداده شد و به مدت 10 دقیقه و 10 ساعت در اتمسفر آرگون آسیاب گردید. سپس مخلوط پودرها درهوا خشک شدند.مقدار 6 گرم ازنمونه درقالب فلزي با قطر 10 mm و تا فشار 150 MPa پرس شد. جهت انجام واکنش سنتز احتراقی ابتدا کوره موفلی به دماي مورد نیاز رسیده سپس نمونه که بر روي آن پودر آلومینا ریخته شده دون کوره قرارگرفت.به منظور بررسی فازهاي تشکیل شده از پراش پرتوایکس با طول موج Cukά - برابر - 1/5406A º استفاده شد. بمنظور بررسی نحوه توزیع ذرات درفاز زمینه نمونه ها پس از آماده سازي ، توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی - SEM - مورد بررسی قرارگرفتند. همچنین آنالیز EDX بر روي نمونه ها انجام گرفت.
-3نتایج و بحث :
شکل - 2 - طیف هاي پراش پرتو ایکس حاصل از محصول واکنش سنتز نمونه - IlAlC0 - پس از 10 دقیقه مخلوط کردن در دو دماي 775 0c و 700 0c را نشان می دهد. نتایج حاصل از آنالیز فازي مشخص می سازد که در هر دو نمونه مواد اولیه شامل ایلمنیت ،آلمینیوم و گرافیت به کار بید تیتانیم ، آهن و Al2O3 تبدیل شده است. با مقایسه پراش پرتو ایکس ایلمینت و نمونه حاصل از واکنش سنتز مشخص می شود که هیچگونه ایلمنیتی درون نمونه باقی نمانده است و بنابراین دراین دو نمونه واکنش سنتز به طورکامل پیشرفته و کاهش اما از 775 0c و 700 0c تاثیري در انجام پذیري آن نداشته است.
شکل - 3 - طیف هاي پراش پرتو ایکس حاصل از محصولات واکنش سنتز نمونه هاي IlAlC0وIlAlC1 پس از 10 ساعت آسیاب کاري و سنتز شده در دماي 675 0c را نشان می دهد. دراینجا نیز همانند نمونه هاي قبلی ایلمنیتی مشاهده نمی شود. عدم وجود ایلمنیت درون نمونه IlAlC0بیانگر احیاء کامل آن بوسیله آلمینیوم و همچنین عدم وجود تیتانیوم درمحصولات نهایی بیانگر ترکیب کامل آن با کربن بصورت کاربید تیتانیوم است. با مقایسه طیف هاي پراش نمونه IlAlC0 در شکل 1 و 2مشخص می شود که پس از 10 ساعت فعال سازي پیک آهن بشدت افزایش داشته است و ولی شدت پیک هاي کاربید تغییري نکرده است.
در اینجا مشاهده می شود با توجه به کاهش میزان آلمینیوم از شدت پیکهاي Al2O3 کاسته شده است.با توجه به طیف هاي پراش نمونه IlAlC1 وجود پیک آهن نشاندهده احیا ایلمنیت و جداشدن آهن آن می باشد ولی بدلیل کاهش میزان آلمینیوم نسبت به ترکیب استکیومتري واکش سنتز به طور کامل پیش نرفته و کاربید تشکیل نگردیده است. همچنین پس از بازکردن محفظه نمونه IlAlC2 نمونه پس از تماس با هوا دچار سوختگی گردید.این عمل به علت افزایش میزان کربن در مقایسه با آلمینیوم وفعال شدن کربن موجود درون محفظه می باشد.
