بخشی از مقاله
چکیده
با توجه به کاربردهای خوب و روز افزون آلیاژهای آنتروپی بالا - High Entropy Alloys - ، و پیشرفت های چشم گیر این نوع آلیاؤ در صنعت ،تولید و مطالعه خواص و کاربردهای اینگونه مواد در صنعت بسیار مهم است. بنابراین در این پژوهش آلیاژ آنتروپی بالا - HEA - با روش آلیاژسازی مکانیکی با توجه به در صد اتمی عناصر - Al2CoCrCuFeNiMnx - x=0.5,1,1.5 - - مورد بررسی قرار می گیرد. برای این کار مواد با% 30 بارگذاری بال میل شده و بعد از آن پودرآلیاژی تهیه شده، ونمونه ها تحت پرس گرم قرار می گیرند، سپس در کوره خلا در دمای 1150 درجه ساتی گراد زینتر می شوند.
تاثیر عنصر آلیاژی با نسبت های متفاوت بر روی مورفولوژی تحولات فازی - وجود فاز های Fcc و یا Bcc در زمینه - ، نوع تغییر سختی در آزمون میکروسختی سنجی و ماکروسختی سنجی که نشان دهنده کاهش سختی با افزایش عنصر آلیاژی می باشد، همینطور آنالیز پراش اشعه ایکس - XRD - از پودر های بال میل شده و زینتر شده آلیاژ و مشخص ساختن عناصر و زیر ساخت های آلیاژ در دو حالت قبل و بعد از زینتر را نشان میدهد.
مقدمه
آلیاژ مخلوط یا محلول جامد فلزی متشکل از یک فلز اصلی که آن را فلز پایه میگویند با یک یا چند عنصر فلزی یا غیرفلزی استآلیاژ. معمولاً خواصی متفاوت از عناصر تشکیل دهنده خود دارد. بسته به میزان همگنی در اختلاط عناصر، آلیاژ میتواند تک فاز یا چند فازی باشد. هدف از آلیاژ سازی، تغییر و بهبود خواص ماده مانند چقرمگی، استحکام، سختی و غیرهست. معموﻻً آلیاژ ها بر اساس درصد وزنی عناصر موجودشان گزارش میشوند.
بر اساس تعداد عناصر، آلیاژ را دوتایی، سهتایی و غیره مینامند. برای بیان یک آلیاژ مشخص با دامنه متغیر از درصد عناصر، اصطلاح سیستم بکار میرود .[1] اما به علت محدود بودن عناصر جدول تناوبی عناصر جدول تناوبی ،سیستم آلیاژی را که می توان با آنها گسترش داد هم محدود می باشد. حال اگر ازین چارچوب های مرسوم در آلیاژسازی گذر کنیم بدین صوررت که بر پایه یک یا دو عنصر اصلی نبوده و متشکل از چندین عنصر در کنار یکدیگر باشند، ما در نهایت چه خواهیم داشت؟ این اندیشه نو به عنوان یک چالش مهم برای اولین بار در سال 1995 میلادی مطرح شد،آلیاژ آنتروپی بالا یا به اصطلاح HEA نامیده شده است. آلیاژهای آنتروپی بالا - HEA - به عنوان سیستمی آلیاژی متشکل از 5 عنصر اصلی و یا بیشتر می باشد .
این نوع آلیاژها را آلیاژآنتروپی بالا - HEA - می نامند؛ زیرا آنتروپی اختلاط در آنها در دو حالت مایع و حتی جامد بطور قابل توجه ای بیشتر از آلیاژهای معمولی می باشد .پس باید دانست در این آلیاژها ، بارزترین اثرات را آنتروپی بسیار بسیار بالای آنها خواهد داشت .[3] همانطور که می دانید در دانش متالورژی برای پی بردن به خواص فیزیکی مواد ، مخصوصا در انواع آلیاژها باید از نمودار های فازی استفاده کرد. و با مطالعه این نمودارها، مشخص می شود که هر آلیاژ چند عنصری ممکن است دارای چندین حالت از انواع فازها و ترکیبات بین فلزی شکننده و یا حتی دارای ریزساختار پیچیده باشد که آنالیز آن را بسیار دشوار می کند؛ و همین مسایل ممکن است استفاده عملی از آلیاژ را محدود سازد.
اما درست برخلاف این انتظارات، نتایج آزمایشگاهی نشان می دهد که فاز محلول جامد با ساختار ساده راحت تر ایجاد می شوند و حتی فازهای مورد انتظار کاهش می یابند که علت این امر آنتروپی بسیار بالای این آلیاژها - HEA - می باشد. که موجب شده این نوع آلیاژها نسبت به سایر آلیاژها دارای اهمیت بیشتری باشند و باعث گسترش و افزایش کاربرد اینگونه آلیاژها شود6]،.[2
در این سیستم مقدار هر جز سسازنده می بایست بیشتر از %5 باشد و هر عنصر اصلی بین %5 تا 35% از آلیاژ را شامل می شود.
در این نوع از آلیاژها فاز محلول جامد که بر پایه یک عنصر باشد حلال و اگر شامل عناصر جزیی باشد حل شونده نامیده می شود - که معمولا کمتر از %5 است - 4]،. [1 درصد مولی برابر حلال و حل شونده در این نوع آلیاژ ها تفاوت قایل شدن بین این دئ جز را بسیار سخت ساخته است. آلیاژهای آنتروپی بالا دارای خصوصیات ویژه ای از جمله استحکام و سختی بالا، مقاومت سایشی عالی، استحکام در دمای بالای استثنایی، مقائمت به خوردگی و اکسیداسیون خوب و ثبات ساختاری عالی می باشند. که دلیل آن هم ترکیب منحصر به فرد این نوع آلیاژها است .[6]
برخی ازین خواص منحصر به فرد آلیاژهای آنتروپی بالا که در آلیاژهای معمولی مشاهده نمی شود باعث می شود تا HEA ها هرچه بیشتر جداب شوند. علل خصوص کاربرد دماهای بالا این نوع آلیاژها گستردگی استفاده از آنها می شود.[3] نکته قابل توجه درباره این آلیاژها فرآیند ساخت آنهاست که نیازمند ابزارآلات و تکنیک های تولید خاصی نخواهد بود و موجب تولید انبوه آلیاژهای با آنتروپی بالا شده است که زمینه ای جدید و بسیار هیجان انگیز از موادفلزی را ایجاد می نماید.[7]
مواد و روش تحقیق
برای ساخت آلیاژآنتروپی بالای Al2CoCrFeNiCuMnx - x=0.5,1,1.5 - از روش آلیاژ آلیاژسازی مکانیکی استفاده می شود. برای این کار باید مواد را برحسب درصد اتمی بارگذاری کنیم و به همراه تولوئن %70 برای مدت 15 ساعت با سرعت 270 دور بر دقیقه بارگذاری می شود. نسبت گلوله به پودر 6:1 می باشد.بعد از انجام فرآیند بال میل برای هر سه آلیاژ باید از آنها نمونه فشرده تهیه شود. اما برای فشرده سازی این آلیاژها نیاز به پیش گرم کردن نمونه ها به همراه قالب های پرس داریم.
پرس در دمای پیش گرم 200 درجه سانتی گراد و تحت فشار اعمالی 70 مگا پاسکالی انجام می شود. و بعد ار آن برای زینتر کردن نمونه های فشرده شده باید آنها را درون کوره قرار دهیم. برای این کار از کوره تحت خلا و در دمای 1150 درجه سانتی گراد استفاده می کنیم. کوره با شیب دمایی 10 درجه بر دقیقه به دما می رسد و بعد به مدت یک ساعت در همان دما می ماند و سپس درون کوره خنک می شود. بعد از آماده سازی نمونه ها از آنها آنالیز پراش اشعه ایکس هم در حالت پودر و هم در حالت فشرده شده انجام می شود. سپس برای آزمون میکرو و ماکرو سختی سنجی انجام می شود.
