دانش رسان |
مرکز علم و دانش کشور مقاله بررسی ریزساختار لایهی اکسیدی زمان کوتاه در آلیاژهای Al-1Mg و Al-6M
در حال بارگذاری
توجه : به همراه فایل word این محصول فایل پاورپوینت (PowerPoint) و اسلاید های آن به صورت هدیه ارائه خواهد شد
مقاله بررسی ریزساختار لایهی اکسیدی زمان کوتاه در آلیاژهای Al-1Mg و Al-6M دارای ۱۶ صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است
فایل ورد مقاله بررسی ریزساختار لایهی اکسیدی زمان کوتاه در آلیاژهای Al-1Mg و Al-6M کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه و مراکز دولتی می باشد.
توجه : در صورت مشاهده بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی مقاله بررسی ریزساختار لایهی اکسیدی زمان کوتاه در آلیاژهای Al-1Mg و Al-6M،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد
بخشی از متن مقاله بررسی ریزساختار لایهی اکسیدی زمان کوتاه در آلیاژهای Al-1Mg و Al-6M :
مقدمه
شرایط اکسایش مذاب هنگام بارریزی نسبت به مـذاب
ساکن درون کوره متفاوت است. مذابی که درون قالـب ریخته میشود در حال سـرد شـدن اسـتام،ـا مـذاب
درون کوره در دمای ثابت نگهداشته میشود. بهعبـارت
دیگر، زمان اکسایش در حالت اول کوتـاه و در حالـت دوم طولانی خواند بود. بخش عمدهی تحقیقات انجـام
شـده در زمینـهی اکـسایش مـذاب آلیاژهـای آلـومینیم
مربوط به مذابهایی است که در لحظههای متفاوت در شرایط سکون و دمای ثابـت قـرار داشـتهانـد .[۱۷,۱۸]
تعداد تحقیقات انجام شده تاکنون در زمینهی اکـسایش کوتاهمدت مذاب در حال حرکت اندک بوده و بهنظـر میرسد که به انجام تحقیقات بیشتـری در ایـن زمینـه نیاز است.
بر اسـاس گـزارشهـای ارائـه شـده در زمینـهی اکسایش بلندمـدت مـذاب سـاکن آلـومینیم، نخـست لایهی بیشکل اکسید آلومینیم بر روی مـذاب تـشکیل میشود. بلورهای اکسید آلـومینیم پـس ازمـدتی در میان این لایهی بیشکل شروع بـه جوانـهزنـی و رشـد مـیکننـد. بـهایـن ترتیـب، لایـهی اکـسید آلـومینیم جایگزین لایهی اکسید آلومینیم بیشکل مـیشـود. در پایان و پـس از سـپری شـدن دورهی نهفتگـی بعـدی، استحالهی فازی تبـدیل اکـسید آلـومینیم بـه اکـسید آلومینیم رخ میدهد .[۱,۲]
عناصر آلیاژی سازوکار و نرخ اکسایش آلـومینیم را میتوانند تغییر دهند. منیزیم یکی از عناصر حـساس به اکـسایش اسـت و در صـورت افـزوده شـدن، نـرخ
اکــسایش آلــومینیم را افــزایش مــیدهــد. بــر اســاس
گزارشهایی که پیرامون اکسایش مذاب ساکن Al-Mg
در زمانهای طولانی ارائـه شـدهانـد، نخـستین لایـهی
اکسیدی که بر روی مـذاب آلـومینیم- منیـزیم تـشکیل
میشود از نوع بیشکل است .[۳-۸] در حالیکه اغلـب محققان این لایهی بیشـکل را اکـسید منیـزیم معرفـی کردهاند، [۳-۷]ام، ا گزارشهای دیگری نیز وجود دارند
بررسی ریزساختار فیلم اکسیدی زمان کوتاه ;
که به تشکیل اکسید آلومینیم بیشکل دلالت دارند .[۸]
مطابق این گزارشها، بلورهای اکسید منیـزیم در میـان
لایــهی اکــسیدی بــیشــکل و در نتیجــهی مهــاجرت یونهای منیزیم بهسمت سطح مذاب تشکیل میشـوند.
با گذشت زمان، سـطح لایـهی اکـسیدی بـا لایـهای از
اکسید منیزیم (MgO) بلوری پوشیده میشود. بـهدلیـل شیبفعالیت منیزیم بهسمت سـطح مـذاب، مهـاجرت
یونهای منیزیم بهطرف لایهی اکسیدی ادامه مـییابـد.
در پایان و با کاهش غلظت منیزیم تـا مقـادیر بحرانـی، یونهای فلزی آلومینیم فرصت مـییابنـد تـا بـا لایـهی
اکسید منیزیم و یونهای اکسیژن واکنش داده و بـهایـن ترتیب، بلورهای اسپینل MgAl2O4 با اکسایش منقطع در زیر لایهی اکسید منیـزیم تـشکیل مـیشـوند .[۴-۸] بـا اینحال، گزارشهایی مبنی بر حضور اسـپینل بـر روی سطح مذاب نیز ارائه شدهاند .[۳]
وایتمن فِری،و [۹]، یکی از نخستین تحقیقات را بر روی اکـسایش آلـومینیم و آلیاژهـای آن در شـرایط دینامیکی انجام دادهاند. در این تحقیق، حبابهای گـاز دی اکسید کربن درون مذاب فرستاده شـده و تغییـرات ترکیب گاز بهوسیلهی طیـف سـنج جرمـی ثبـت شـده است. با تحلیل ترمودینامیکی تغییرات گـاز، نـشان داده شده است که ضخامت میانگین لایهی اکسیدی پیش از پاره شدن سطح مذاب در محدودهی ۲ تا ۳۰ نـانومتری قرار داشته است. بنا بـر نتـایج گـزارش نامبردگـان، در آلیاژهای آلومینیم بـا ۰/۳ تـا ۱ درصـد وزنـی منیـزیم، آلومینیم و منیـزیم بـا هـم اکـسید مـیشـوند، ولـی در آلیاژهای محتوی بیش از ۱ درصد وزنـی منیـزیم، تنهـا منیزیم اکسید میشـود .[۹] در تحقیـق دیگـری کـه در زمینهی اکسایش کوتاهمدت مذاب آلومینیم انجام شـده است، تأثیرات لایههای اکسیدی دولایه بر روی خواص قطعات ریختنی، و ویژگیهـای ایـن لایـههـا از جملـه مورفولوژی سطحی، ضخامت و تردی، بررسی شدهانـد
.[۱۰-۲۰]
در نخستین تحقیقاتی کـه در زمینـهی لایـههـای اکسیدی دولایه انجام شده است، تـأثیر آنهـا بـر روی
نشریه مهندسی متالورژی و مواد ۶۱
خواص مکانیکی قطعات ریخته شده بـهشـکل مـتلاطم
بررسی شده است. بر اساس نتایج گـزارشهـای ارائـه
شده، لایههای اکسیدی زمان کوتاه در آلیاژهای مختلف سطوح چین خوردهای دارند. چروکیدگی و تاخوردگی
دو نوع از این چین خوردگیها در لایـههـای اکـسیدی
زمان کوتاه هـستند .[۱۱-۲۳] چروکیـدگی در نتیجـهی وجود اختلاف میان ضریبهای انقباض آلیاژ مـذاب و
لایهی اکسید سطحی کهماهیتی غیر فلزی (سـرامیکی)
دارد، بهوجود میآید، در حالیکه تـاخوردگی بـهدلیـل ایجاد تنشهای مکانیکی ناشی از حرکت متلاطم مذاب
حین پر شدن قالب رخ میدهد .[۲۳]
در ایــن پـژوهش، یکــی از روشهـای بررســی لایـههـای اکـسیدی زمـان کوتـاه بـا تهیـهی نمونـهی ساندویچی اکسید- فلز- اکـسید، بـهکـار گرفتـه شـده است. این روش بهوسـیلهی یکـی از نویـسندگان ایـن مقاله و در روند مطالعهی تأثیر حرکت حباب در مذاب آلومینیم در حال انجماد، ابداع شده است .[۱۴] در ایـن مطالعه، نشان داده شد که در محل برخـورد دو حبـاب هوا در مذاب لایهی بسیار نازکی از مذاب در میان آنها باقیمانده و منجمد میشود. دو سطح بـالایی و پـایینی لایهی فلزی بهوسیلهی لایههای اکسیدی بـسیار نـازک پوشانده شـدهانـد (سـاندویچ اکـسید- فلـز- اکـسید)،
بهگونـهای کـه در تـصویرهای میکروسـکپ الکترونـی روبشی فلز محبوس شده از زیرلایـهی اکـسیدی قابـل تشخیص است. با توجـه بـه ویژگـیهـای نمونـههـای
ساندویچی اکسید- فلـز- اکـسید، از روش فـوقالـذکر
برای مطالعهی مورفولوژی سطحی لایهی اکسیدی زمان
کوتـاه و نیـز، چگـونگی انجمـاد برخــی از آلیاژهـای
آلومینیم- منیزیم، استفاده شـده اسـت. .[۱۴-۱۸,۲۳] در این پژوهش، ریزساختار لایهی اکسیدی زمان کوتـاه در
آلیاژهـای Al-1Mg و Al-6Mg بـا ایـن روش بررسـی
شده است.
روش تحقیق
برای تهیهی مذاب در این پژوهش، از شمشهـای
آلومینیم و منیزیم خالص تجـاری اسـتفاده شـد. بـرای
تهیـهی مـذاب، نخـست آلـومینیم در کـورهی بوتـهای
(آلومینایی) به دمای ۷۸۰ C رسانده شد. سـپس بـرای آلیاژسازی، میزان محاسبه شدهای از شمش منیزیم تنهـا
لحظاتی پیش از ذوبریزی به مذاب آلومینیم اضافه شد
و بهکمک همزن برقی، درون مذاب بهشکل یکنواخت حل شد. ترکیب شیمیایی آلیاژهای استفاده شده در این
تحقیق که بهوسیلهی کوانتومتری بهدست آمـدهانـد، در
جدول (۱) آمده است.
جدول ۱ ترکیب شیمیایی (به درصد وزنی) آلیاژهای استفاده شده در این تحقیق
شکل ۱ مدل صفحهای مورد استفاده در آزمایشها
برای تهیهی قالب، از مدل صفحهای با سیستم راهگاهی
کفریز (شکل ((۱) استفاده شـد. قالـبگیـری در ایـن
۶۲
مدل با استفاده از ماسهی CO2 و بهروش دسـتی انجـام
شد. برای ارسال هوا درون مذاب و تـشکیل حبـاب در
آن، از دمندهی هوا که به شیر کنترل برقـی مجهـز بـود استفاده شد. از آنجا که لولـهی پلاسـتیکی درون قالـب
حین ذوبریزی از بین میرود، از لولهی سـیلیکایی بـا
مقاومت قابل ملاحظـه در دماهـای بـالا اسـتفاده شـد.
لولهی سیلیکایی به قطر درونـی ۱ میلـیمتـر، از وسـط
راه باره به محفظهی پایینی نمونه فرستاده شد.
همزمان با شروع بارریزی، هـوا بـا فـشار ۰/۵ اتمـسفر
بهوسیلهی دمنده و بهشـکل کنتـرل شـده توسـط شـیر
کنترل برقی از طریق لولهی سـیلیکایی بـهدرون مـذاب
دمیده شد. در این شـرایط، امکـان تمـاس دو یـا چنـد حباب با یکدیگر وجود دارد. شمایی از سیستم دمـش
حباب بههمراه مراحل احتمالی حرکت آن درون مذاب،
بهخصوص امکان برخورد دو حباب بـه یـکدیگـر، در شکل (۲) نشان داده شده است.
دمندهی هوا
لولهی دمندهی سیلیکایی
شکل ۲ شمایی از فرایند دمش هوا درون قالب، گیر افتادن و تماس حبابها درون مذاب در حال انجماد
محل تماس دو حباب به یکدیگر بر روی قطعه بریده شد و پس از پوشـشدهـی سـطوح آن بـا طـلا،
ویژگیهـای سـاختاری آن بـا میکروسـکپ الکترونـی روبشی نوع TESCAN-WEGA II بررسی شد. بـرش
بررسی ریزساختار فیلم اکسیدی زمان کوتاه ;
نمونه بهصورت تصادفی و بهکمک اره لنگ انجام شـد.
تصویری از یک نمونهی واقعی و طرحهایی از آن پـس
از برخورد دو حباب، در شکل (۳) نشان داده شدهاند.
(الف)
(ب)
(پ)
شکل ۳ (الف) تصویری از نمونهی آماده شده برای بررسی با میکروسکپ الکترونی روبشی، و طرحهایی از نمونهی بریده شده از قطعه (ب)، و ساندویچ اکسید- فلز- اکسید از نمای بالا بههمراه نمای جانبی مقطع مشخص شده در آن (پ)
نتایج
بخشی از ساندویچ اکسید- فلز- اکسید تهیه شده
از آلیاژ Al-1Mg در شکل -۴) الـف) نـشان داده شـده
نشریه مهندسی متالورژی و مواد ۶۳
است. نازکی لایه شرایطی را فراهم میکنـد کـه مـذاب
گیر افتاده و منجمد شده بهشکل دندریتی بین دو لایهی
اکــسیدی، کــاملاً قابــل مــشاهده و تــشخیص اســت
.[۱۴-۱۸,۲۳] در این تصویر، سه ناحیه بـه رنـگهـای ســفید (A)، خاکــستری (B) و مــشکی (C) مــشاهده
میشوند. بخشهایی از ساندویچ اکسید- فلـز- اکـسید
که در آن دو لایهی اکسیدی خیلی به یکدیگر نزدیـک
شدهاند، به رنگ سفید دیـده مـیشـوند (ناحیـهی .(A
مناطق خاکستری که در میان مناطق سفید حضور دارند
(ناحیـهی (B، مـذابی هـستند کـه در میـان لایـههـای
اکسیدی محبوس و منجمد شدهاند. مناطق سـیاه رنـگ
در تصویر (ناحیهی (C بخشهایی از ساندویچ اکسید-
-۴ ب
فلز- اکسید هستند کـه در حـین نمونـهبـرداری دچـار ریزش شده است. سایر محققان مشاهداتی از این نـوع را در آلیاژهای دیگر نیز گزارش کـردهانـد .[۱۴-۱۸] از دیگر موارد قابل مشاهده در این تـصویر مـیتـوان بـه چینخوردگی سطح لایهی اکسیدی زمان کوتـاه اشـاره
کرد.
-۴ پ
-۴ ت
شکل -۴ الف
۴۶ بررسی ریزساختار فیلم اکسیدی زمان کوتاه ;
-۴ ث
-۴ ج
شکل ۴ (الف): بخشی از سطح تماس دو حباب نزدیک بههم در آلیاژ Al-1Mg، (ب): بزرگنمایی بالاتر از ناحیهی D در شکل الف، (پ): بزرگنمایی بالاتر از ناحیهی E در شکل ب نشانگر تشکیل لایهی بلوری اکسیدی، (ت): طیف EDS بهدست آمده از بخشی از لایهی بلوری، (ث): بزرگنمایی بالاتر از ناحیهی F در شکل ب نشاندهندهی تشکیل بلورهای شبه کروی اکسیدی در سطح، و (ج) طیف EDS بهدست آمده از یکی از بلورهای شبه
کروی
شکل -۴) ب)، ناحیـهی D در شـکل -۴) الـف) را در
بزرگنمـایی بـالاتر نـشان مـیدهـد. در ایـن تـصویر،
چینخوردگیهایی از نوع تاخوردگی در نواحی سـفید دیــده مــیشــوند. در شــکل -۴) ب)، دو ریزســاختار متفاوت در سطح لایهی اکسیدی وجـود دارنـد کـه در
شکلهای بعدی با وضوح بالاتری دیده میشوند.
ناحیـهی E در شـکل -۴) ب)، در بـزرگنمـایی
بالاتر در شکل -۴) پ) نشان داده شده اسـت. در ایـن
شکل، لایهی بلورینسبتاً پیوسـته بـههمـراه بلورهـای
منفرد کروی شکل در مناطق اطراف آن مـشاهده مـی-
شود. طیف EDS مربوط به بخشی از لایهی بلـوری در
شکل -۴) ت) ارائه شده است. مطابق بـا نتـایج نـشان
داده شده در این طیف، لایهی بلوری حاوی آلومینیم و اکسیژن است. قطر بلورهای منفـرد در شـکل -۴) پ)،
حداکثر به ۳۰۰ نانومتر میرسـد، و در بـیشتـر مـوارد
کمتر از ۱۰۰ نانومتر است. لازم به ذکر است که اندازه-
گیری تقریبی قطر ذرات کروی بر اساس مقیاس مندرج در تصاویر بهدست آمده بوده است.
اشتراک‌گذاری:
- در صورتی که به هر دلیلی موفق به دانلود فایل مورد نظر نشدید با ما تماس بگیرید.
