مقاله ساخت آسیاب پرانرژی دمای بالا

بخشی از مقاله

چکیده

در سالهاي اخیراستفاده از فرآیندهاي مکانوشیمیایی که با استفاده ازآسیابهاي مکانیکی انجام می شود مورد توجه محققین بسیاري درزمینه هاي مختلف متالورژي استخراجی، تولیدمواد نانوکریستال قرارگرفته است.ساخت آسیاب مکانیکی تحقیقاتی دردماي بالا، بابهره گیري ازسیستم لرزشی پرقدرت ومجهز بودن به سیستم گرمایشی،برودتی و ایجاداتمسفرموردنیاز گامی نوین جهت ایجادشرایط سینتیکی و محیطی مناسب براي انجام واکنشهاي مختلف مکانوشیمیایی می باشد.این دستگاه با ایجاد شرایط کنترلی دما از-190 درجه تا حداکثر 900درجه سانتیگراد دردوحالت ایستا ودر هنگام کار و با توجه به سیستم ابداعی مکانیکی لرزشی با کمترین جدایش بین مواد وگلوله ها وتوانایی انجام عملیات حرارتی بعد ازعملیات آسیاب وکوئنچ بدون تاخیر مواد آزمایش جهت رصد ساختارکریستالی مواد آزمایش شده دردماي بالا تحولی عمیق و بنیادین در کارکرد این دستگاه ایجاد نموده است.

واژههاي کلیدي:آسیاب پرانرژي- دماي بالا- مکانوشیمیایی

-1 مقدمه

در سالهاي اخیر استفاده از فرآیندهاي مکانو شیمیایی مورد توجه محققین بسیاري در زمینه هاي مختلف متالورژي استخراجی، سنتز مواد، تولید مواد نانو کریستال وغیره قرارگرفته است. فرآیندهاي مکانو شیمیایی در اثرکار مکانیکی شدید در دستگاه هاي موسوم به آسیاب مکانیکی بوجود می آید. اجزاء اصلی تشکیل دهنده سیستم هاي آسیاب ها در انواع مختلف ثابت بوده و شامل، محفظه قرارگیري گلوله و پودر و یا توده مواد و سیستم ایجاد نیروي محرکه جهت مخلوط نمودن گلوله ها و پودر می باشد. در واقع بر اثر ایجاد نیروي محرکه قسمتی از انرژي آسیاب توسط گلوله ها به مخلوط پودري مواد منتقل می شود. انرژي مکانیکی وارد شده،درمرحله اول منجر به خردایش و مخلوط شدن و در مراحل بعدي با افزایش زمان آسیاب باعث افزایش عیوب ساختاري نظیر نابجایی، اعوجاج شبکه اي، نقص درچیده شدن اتمها، افزایش مرزدانه، و تشکیل فازآمورف می گردد.

با افزایش عیوب ساختاري،سیستم در سطح انرژي بالاتري قرار گرفته و در این حالت، ترکیب مخلوط پودري می تواند از طریق انجام واکنش شیمیایی در سطوح تماس ذرات،تغیر کند.[1-7] از طرفی با توجه به سهولت در انجام آزمایش،هزینه کم هرآزمایش،سرعت زیاد در نتیجه گیري و نتایج فوق العاده ناشی از ترکیب مواد مختلف،استفاده از آسیاب هاي تحقیقاتی در سطوح آزمایشگاهی - درکنارسایرروشهاي سنتز مواد - به عنوان گامی نوین درسنتز و تولید بسیاري از مواد در مقیاس نانو درزمینه هاي مختلف پزشکی ، صنعتی وغیره محسوب شده و ساخت و تولید آسیاب هاي تحقیقاتی با کارکردهاي متفاوت به عنوان راهی براي رسیدن به مواد نو - درنتیجه تکنولوژي نوین - و به عنوان راهبرد منطقی در بسیاري ازکشورهاي پیشرفته دنیا پی گیري می شود.

-2انواع آسیاب

انواع مختلفی از تجهیزات آسیاب پر انرژي در تهیه پودرهاي آلیاژسازي شده مکانیکی استفاده می شوند.[8] که اختلاف اساسی آن ها در ظرفیت ، کارآیی آسیاب کردن و تجهیزات اضافی براي ایجاد اتمسفرخنثی می باشد.این آسیاب ها شامل، آسیاب هاي لرزشی پر انرژي که به طورمعمول براي تحقیقات آزمایشگاهی و براي الک کردن آلیاژاستفاده می شود. حرکت این نوع آسیاب رفت وبرگشتی بوده که با حرکات جانبی انتهاي محفظه ترکیب می شود حرکت این آسیاب درمسیري به شکل هشت - 8 - یا علامت بینهایت -  - می باشد.

نوع دیگرآسیاب، آسیاب هاي گلوله اي سیاره اي می باشد که درآن چندصدگرم پودرمی تواند در یک بار آسیاب شود. آسیاب گلوله اي سیاره اي به علت حرکت سیاره وار محفظه به این نام، نامیده می شود. آسیاب هاي سایشی از انواع دیگرآسیاب ها می باشندکه شامل استوانه عمودي با یک سري پروانه هاي جانبی است و پروانه ها با برخورد بین گلوله ها به آنها انرژي داده و با برخورد گلوله ها و مواد، کاهش اندازه پودر اتفاق می افتد. نسل جدید آسیابها داراي تجهیزات فنی پیشرفته اي نسبت سایر آسیاب ها می باشند که ازجمله آن می توان به آسیاب سوپر میسونی١ ساخته شرکت نیس شین گیکن٢ درﺗﻮﻛﻴﻮ ژاپن و آسیاب گلوله اي اﺳﺘﺮاﻟﻴﺎﻳﻲ ساخت تجهیزات علمی استرالیا٣ را نام برد.

-1-2 محدودیت ها و نقائص فنی آسیاب ها

عدم ایجادشرایط کنترلی افزایش دمادر تمامی این آسیابها وجود دارد وتمامی این آسیابها در دماي محیط کار می نمایند.عدم ایجادشرایط کنترل اتمسفر خنثی ویا ایجاد خلاء درمحفظه ، استهلاك محفظه هاي آسیاب بر اثر برخورد شدید گلوله ها به در و کف محفظه ها وایجاد آلودگی نسبی موادآزمایشی به مواد آهنی ناشی ازخوردگی سایشی بدنه - به ویژه در آسیاب هاي دورانی - ،ایجاد جدایش احتمالی بین مواد وگلوله ها بر اثریکنواخت بودن نوع حرکت در طول زمان هاي طولانی - براي آسیاب هاي لرزشی در یک بازه ي خطی مشابه علامت بینهایت -  - و براي آسیاب هاي سیاره اي درحالت حرکت دورانی که باعث جدایش ثقلی مواد از گلوله ها می شود. - ،عدم ایجادشرایط کنترلی سیستم برودتی و وجود شرایط افزایش دمایی غیر کنترلی دراثربرخوردهاي شدید گلوله ها به دیواره افزایش دما به صورت غیرکنترلی بوجود می آید،که این امر سبب زینتر شدن - بهم چسبیدن پودرها - با هم و یا به دیواره ي محفظه شده وباعث کاهش کارایی آسیاب وعدم انجام واکنش دلخواه می شود. ازسایر ایرادات فنی عدم وجود دریچه اي براي اضافه کردن مواد درحین انجام عملیات دردستگاه و عدم اطلاع ازدماي واقعی محفظه درهرلحظه ازانجام واکنش می باشد.

-3 مراحل ساخت آسیاب پرانرژي دماي بالا

آسیاب پرانرژي دماي بالا - باحذف محدودیت ها و نقائص فنی آسیابهاي برشمرده درفوق - با در نظرگرفتن وجه نوآوري وکاربردي، شرایط سینتیکی ومحیطی مناسبی براي انجام واکنش هاي متفاوت را فراهم نموده است.شکل 1نماي شماتیک از سیستم هاي متالورژیکی ومکانیکی آسیاب پرانرژي دماي بالا می باشد.از جمله مهمترین اهدافی که در طراحی وساخت این آسیاب در نظرگرفته شده است عبارتند از: قابلیت ایجاد شرایط کنترلی افزایش دما ویا سیستم برودتی به صورت ایستا و دینامیکی، ایجاد سیستم مکانیکی که باعث حذف جدایش بین مواد وگلوله شده - و تضمین کننده حرکت کاتوره اي و اتفاقی گلوله ها ومواد جهت بالابردن اثر برخورد گلوله با مواد باشد - ؛ ایجاد شرایط کنترل اتمسفر خنثی ویا ایجاد خلاء در محفظه، ایجاد شرایط کنترلی سیستم برودتی وعدم وجود شرایط افزایش دمایی غیر کنترلی. سیستمهاي به کارگرفته شده در ساخت این دستگاه که تضمین کننده خصوصیات ابداعی آن می باشند، از 4 قسمت اصلی تشکیل شده است که به طور کلی مجموعه دستگاه را تشکیل می دهد.

-1-3هاي تشکیل دهنده محفظه

این سیستم ها شامل محفظه قرارگرفتن پودر مواد وگلوله ها ،سیستمهاي حرارتی وبرودتی وسیستم ایجاداتمسفر بوده که هرکدام از قسمتهاي مختلف تشکیل شده است که در ذیل به شرح وخصوصیات آن پرداخته می شود.

-1-1-3 محفظه
این قطعه شامل 3 بخش جدا از هم می باشد که توسط اتصالات استاندارد پیچ ومهره به هم متصل شدهاند.این سه بخش شامل قسمت بیرونی1 قسمت داﺧﻠﻲ2 ودر3 می ﺑﺎﺷﻨﺪ.هردو بخش بیرونی و در از جنس ورق فولادي زنگ نزن کم کربن بااستاندارد - - DIN، - GX2CrNiMoN18 -10واستاندارد AISI/SAE، - 316 L با ضخامت - 5 - mm،که ازطریق جوشکاري ساخته شده است. ابعاد قسمت بیرونی - شکل -1 بخش180*180* 95 - mm - - 1 می باشد که در واقع به عنوان جداره ي دوم بخش داخلی محسوب شدهوبه عنوان فضاي خنک کننده، باید داراي مقاومت خوردگی مطلوب نسبت به موادخنک کننده باشد .قطعه در - شکل -1 بخش - 2 ، داراي ابعاد 165*165*60 - mm - می باشد .این قطعه بر روي لبه بخش داخلی