بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش، با استفاده از فرآیند آسیابکاری آلیاژ پایه آهن- کبالت Fe49Co21Mn10Ti10B10 تولید میشود. ویژگی های ساختاری با استفاده از پراش سنجی پرتوی ایکس و میکروسکوپ الکترون روبشی مورد مطالعه قرار میگیرد. نشان داده میشود با افزایش زمان آسیابکاری اندازهی تقریبی بلورکها کاهش و میزان کرنش شبکه افزایش مییابد. اندازه بلورکها پس از 35 ساعت به کمینه مقدار، 21/0 نانومتر، در حالی که کرنش شبکه به % 0/433 میرسد. پس از 80 ساعت آسیابکاری، محلول بلوری جامد با پایه آهن مشاهده میشود.
مقدمه
آلیاژهای پایه آهن-کبالت، مواد مغناطیسی نرم مهمی هستند که به طور گسترده در صنعت مورد استفاده قرار میگیرند. در مقابل با مواد بلوری، مواد نانوبلور به دلیل شکل تک حوزهها، خواص مغناطیسی ویژهای از جمله نفوذپذیری بزرگ و میدان پسماندزدای مغناطیسی کوچک از خود نشان میدهند 1]، .[2 با این حال، خواص مغناطیسی مواد نانوساختار به طور پیچیده وابسته به ویژگیهای میکروساختار از قبیل اندازه دانه، کرنش داخلی و ساختار شبکه میباشد 3]، .[4
بنابراین، مطالعات در مورد تولید مواد نانوساختار با میکروساختارهای کنترل شده برای بهبود قابل توجه خواص PACS No. - 61,81 - مغناطیسی ضروری میباشند. پودرهای آلیاژی نانوساختار از طریق روشهای متنوع از جمله انجماد سریع، چگالش گاز خنثی، آبکاری و آلیاژسازی مکانیکی ساخته میشوند. در میان این تکنیکها، آلیاژسازی مکانیکی یک روش با یک برتری خاص میباشد که در آن مقدار زیادی از پودرهای نانوساختار را در زمان کوتاه تولید می- کند.
[5] میزان گرمای انحلال یک آلیاژ معیاری از قدرت پیوندهای اتمی آن میباشد. هر قدر مقدار گرمای انحلال برای دو اتم عدد منفی بزرگتری باشد، قدرت نفوذپذیری بین دو اتم افزایش مییابد و احتمال رسیدن به فاز آمورفی و بسبلوری که منجر به ساختار جامد محلول میشود، افزایش مییابد [6]وجود. تقریباً ده درصد وزنی منگنز در محلول پایه آهن-کبالت میتواند فاز مارتنزیت در دماهای بالا را پدید آورد [7] که تحقیق در آن، ادامهای بر این پژوهش است.
غیرمشابه عناصراین پژوهش، آهن، کبالت، منگنز، تیتانیوم و بور آورده شده است .[8] همانطور که دیده میشود، بور و تیتانیوم به دلیل بزرگی گرمای انحلالشان با دیگر عناصر، نقش عمدهای در ایجاد محلول جامد را دارند. در این مطالعه، آلیاژهای نانوساختار Fe-Co-Mn-Ti-B تهیه شده و اثرات زمان آسیابکاری و ترکیب آلیاژ بر خواص میکروساختار به وسیله پراش اشعه ایکس و میکروسکوپ الکترونی روبشی مورد بررسی قرار گرفت.
زمانهای آسیابکاری مختلف تهیه شدند. پودرها در یک محفظه استیلی زنگ نزن با گلولههای استیلی بارگذاری شدند. فرآیندهای آسیابکاری دریک آسیاب گلوله سیارهای - NARYA- 030 2 250 - تحت اتمسفر آرگون انجام شد. نسبت وزنی گلوله به پودر 17:1 و حجم موثر ظرف استیل سربسته 80 میلیلیتر بود. گلولههای بارگذاری شده در ظرف در دو اندازه مختلف 20 - و 10 میلیمتری با جرمهای به ترتیب 32/59 و 4/11 گرمی - بودند. آلیاژسازی در زمانهای مختلف 0 ،5 ، 15 ، 35، 60 و 80 ساعت انجام شد.
سرعت چرخش 350 دور بر دقیقه بود. فرآیندهای آسیابکاری به طور مداوم بصورت 30 دقیقه آسیابکاری و 20 دقیقه توقف انجام شد. آنالیزهای فازی و پارامترهای ساختاری - اندازه دانه و میکروکرنش - نمونهها بوسیله پراش اشعه ایکس، با استفاده از پراشسنج فیلیپس با پرتو Cu K - با طول موج 1/54 انگستروم - در زوایای 2، 20° -120° انجام شد. اندازه دانه و کرنش شبکه به ترتیب بوسیله روش شرر و فرمول تانژانت با استفاده از نرم افزار Xpert برآورد شدند .[9] همچنین مورفولوژی نمونههای آسیاب شده به ترتیب با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی تخمین زده شد.
بحث و نتایج
تحول مورفولوژی پودرها برای زمانهای آسیابکاری صفر، 15، 60 و 80 ساعت در شکل 1 ن شان داده شده ا ست. در طول آسیابکاری پودرهایی با اجزای انعطافپذیر- انعطافپذیر، مسطح شدن، جوش سرد، شک ستگی و جوش مجدد ذرات، اثرات غالب بوده است. پودرهای شروع کننده دارای اندازههای راندوم میباشند - شکل -1 الف - . بعد از 15 ساعت از زمان آ سیابکاری، ساختار ذرات به شکل م سطح و لایهلایه شده در میآیند که دارای لبههای تیز و غیر یکنواخت میبا شند که این بهدلیل شروع نیروی ف شاری است که از طرف گلولهها به آنها وارد شده است - شکل -1 ب - . در ادامهی زمان آسیابکاری، بهدلیل غالب شدن اثر جوش سرد شکل پودرها نامنظمتر و اندازه ذرات راندومتر میشوند.
-1 ج - . در این مرحله بازه اندازه ذرات نسبت به مرحله قبل افزایش یافته است. پس از زمان 80 ساعت، ذرات در اندازه وشکل، بسیار یکنواختتر میشوند. همچنین مشاهده میشود توزیع اندازه ذرات باریک تر و شکل آن ها متقارن تر می شود. این حالت به عنوان تعادل بین شکست و جوش سرد در فرایند آلیاژسازی مکانیکی میباشد - شکل -1د - .[10] الگوهای پراش اشعه ایکس نمونههای آسیاب شده در زمان صفر ساعت و همچنین در زمان های مختلف آسیابکاری به ترتیب در شکلهای 2 و3 نشان داده شده است.
فاز بلوری عناصرBCC-Fe، FCC-Co،BCC-Mn و HCP-Ti برای پودرهای مخلوط شده اولیه مشاهده می شوند. به دلیل آمورف بودن پودر اولیه بور قلهای از این عنصر در این آنالیز مشاهده نمی شود .[11] پس از گذ شت 15 ساعت از فرایند آ سیاب کاری، به دلیل تنش های وارد شده از طرف اجزای آسیاب، قلههای مربوط به آهن و کبالت پهن شده و بر روی هم میافتند. از آنجایی که درصد اتم های آهن بیش از 2 برابر کبالت است، انحلال کبالت در شبکهی آهن رخ می دهد. پس از 35 ساعت شدت قلهها کاهش یافته و پهنتر می شوند. شکل 4 ن شانگر تحول قله آهن و محلول جامد آن حول زاویه 44/80 درجه میباشد. علاوه بر روند پهن شدگی قلهها، جابجایی آنها به سمت راست نیز قابل مشاهده است.
این نشانگر ایجاد تنش در شبکه محلول جامد است. همچنین قلههای مربوطه به عناصری چون تیتانیوم و منگنز بعد از 60 ساعت محو میشوند، که نشاندهندهی آمورفی شدن فاز این عناصر است. از طرفی با توجه ماندگاری قله فاز آهن در این زمان و همچنین مقدار گرمای انحلال این عناصر با آهن، انحلال آن ها در شبکه آهن به ویژه تیتانیوم بسیارمحتمل است. پس از 60 ساعت آسیابکاری، شدت قله افزایش می یابد. - در شکل 2 با علامت پیکان مشخص شده است. - که این نشان از پدیدهی تبلور مجدد در پودر آلیاژی باشد. افزایش دمای پودر در حین آسیابکاری به دلیل انرژی جنبشی زیاد اجزای آسیاب و ایجاد فرآیندهای گرمازا در طول فرایند آسیابکاری می باشد .[12]
