بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله طرح دستگاهی ارائه شده است که به وسیله آن عمل پودرپاشی به روش اسپري پلاسما جهت ساخت مواد به صورت تابعی مدرج انجام میشود. - طرح این دستگاه ثبت اختراع شده است. - با توجه به اینکه روش اسپري پلاسما عمدهترین روش تولید 3 FGM میباشد و این مواد در ساختمان خود از دو یا چند نوع ماده با ترکیبهاي مختلف تشکیل شدهاند، توسعه دستگاهی که بتواند هم میزان ترکیب پودرها را با یکدیگر کنترل کند و هم عمل پودرپاشی را به طور کامل انجام دهد، اهمیت مییابد.
نحوه ترکیب، محل تزریق و سرعت حرکت پودر و همچنین موقعیت پلاسماي خروجی به همراه دماي آن مورد توجه قرار میگیرد. محاسبات روي اسپري پلاسما آرگون- هیدروژن انجام شده و ذرات استفاده شده آلومینیوم - Al - و آلومینا - Al2O3 - میباشند. چهار حالت مختلف از شرایط پلاسما مورد بررسی قرار گرفت و نتایج داراي تطابق خوبی با کارهاي انجام شده قبلی بود.
-1 مقدمه
FGM یا مواد با خصوصیات به صورت تابعی درجهبندي شده، موادي غیرایزوتروپ و غیرهمگن میباشند - شکل . - 1 مهمترین خصوصیت این مواد، این است که اجزاي تشکیلدهندهي آنها میتوانند با خصوصیات متفاوت انتخاب شوند به طوریکه خواص در آنها به صورت پیوسته و بر اساس کسر حجمی تغییر میکند و نحوهي این تغییر، قابل انتخاب بوده و به صورتهاي مطلوب براي کاربردهاي گوناگون میباشد. همین خصوصیت این مواد است که باعث کاربردهاي زیاد آنها شده است. از جمله این کاربردها میتوان به زمینههاي هوا-فضایی، ماشینآلات صنعتی ،پزشکی، هستهاي، خودرو و صنایع وابسته به آن اشاره کرد.
هدف اول این مقاله ارائه دستگاهی است که بتواند مراحل مختلف تولید مواد به صورت لایهاي مدرج را همزمان و بدون نیاز به دستگاههاي دیگر انجام دهد. دستگاههاي مختلفی براي ساخت مواد FG طراحی و ساخته شدهاند که از آن جمله میتوان به دستگاه تولید به روش ترکیبی [1]1 - شکل -2الف - ، دستگاه تولید به روش اکستروژن چندشمشی[2]2 - شکل -2ب - و همچنین سایر تجهیزات که براي تولید مواد FG به روشهاي دیگر به کار میروند، اشاره کرد. همچنین روشهاي مختلفی اعم از روش اسپري پلاسما3 ، روش نفوذ4، روش جداسازي کنترل شده5، روش ایجاد حوضچهي مذاب با استفاده از لیزر6 و غیره وجود دارند، که از بین این روشها عمدهترین روش تولید مواد به صورت تابعی مدرج، روش اسپري پلاسما میباشد.
الف ب شکل -2 الف- دستگاه تولید به روش ترکیبی ب- دستگاه تولید به روش اکستروژن چند شمشی
هدف دوم، بررسی روش اسپري پلاسما روي دستگاه طراحیشده میباشد. روش اسپري پلاسما یک روش مناسب و اقتصادي جهت تولید مواد به صورت تابعی مدرج میباشد، به طوریکه دو یا چند نوع پودر مواد مختلف با نرخ متغیر به داخل یک جت پلاسما با دماي خیلی بالا تزریق میشود. بعد از گرم کردن و شتاب دادن به ذرات پودرها، با برخورد این ذرات در محل مورد نظر لایهاي تشکیل میشود که ترکیب و/یا ریزساختار آن به صورت پیوسته یا پلهاي تغییر میکند.
یکی از اهداف در تولید مواد FG آن است که ساختار نهایی داراي تغییرات خواص به صورت مرتب و پایدار باشد. به دلیل تفاوت در دماي ذوب و چگالی پودرهاي تزریق شده به پلاسما در فرآیند تولید لایههاي مختلف FGM، جهت تعیین پارامترهاي اسپري براي هر لایه نیاز به آزمایشهاي وسیع و روشهاي سعی و خطا میباشد. پارامترهاي زیادي در این روش حاکم هستند، مانند نرخ جریان گازهاي اولیه و ثانویه خروجی، دماي خروجی پلاسما، پیکربندي تزریق پودر، موقعیت خروجی پودر و غیره.
جهت طراحی این فرآیند و توسعه آن، دانستن رابطه بین این پارامترهاي حاکم از اهمیت فوقالعادهاي برخوردار است. جزئیات مربوط به مدل ریاضیاتی جریان پلاسما و حرکت ذرات در سایر کارهاي انجام شده در این خصوص توصیف شده اند
