مقاله مطالعه ریزساختار آلیاژهای نانوکریستال Al-Ti ترکیب شده بوسیله ball mill در اتمسفر هیدروژن و اکستروژن گرم آن

توجه : به همراه فایل word این محصول فایل پاورپوینت (PowerPoint) و اسلاید های آن به صورت هدیه ارائه خواهد شد

 مقاله مطالعه ریزساختار آلیاژهای نانوکریستال Al-Ti ترکیب شده بوسیله ball mill در اتمسفر هیدروژن و اکستروژن گرم آن دارای ۲۴ صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد مقاله مطالعه ریزساختار آلیاژهای نانوکریستال Al-Ti ترکیب شده بوسیله ball mill در اتمسفر هیدروژن و اکستروژن گرم آن  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 مطالعه ریزساختار آلیاژهای نانوکریستال Al-Ti ترکیب شده بوسیله ball mill در اتمسفر هیدروژن و اکستروژن گرم آن،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد

بخشی از متن مقاله مطالعه ریزساختار آلیاژهای نانوکریستال Al-Ti ترکیب شده بوسیله ball mill در اتمسفر هیدروژن و اکستروژن گرم آن :

مقدمه :

آلیاژهای آلومینیوم جزء مواد پرکاربرد درصنایع هوافضا و اتومبیل می باشند . زیرا این آلیاژها دارای خواص خوبی مانند مقاومت به خوردگی ، شکل پذیری و خواص مکانیکی خوب هستند ولی آلیاژهای آلومینیوم تجاری در دمای بالاتراز ۲۰۰-۳۰۰C  بطورمحسوسی استحکامشان را از دست می دهند و درکاربردهای ساختمانی ناپایدار و غیرقابل استفاده می شوند که این دما به ترکیب و ساختار آلیاژ بستگی دارد . تحقیقات گسترده در مورد کاربردهای آلیاژهای آلومینیوم بواسطه استحکام دهی بالای آنها در دمای ۶۰۰C  توسعه پیدا کرده است .[۲۷]

آلیاژسازی مکانیکی (Mechanical Allay)  MA آلیاژهای Al-Ti انتخاب خوبی برای اکثر کاربردها هستند زیرا بعلت وجود ذرات ریز Al-Ti و اکسیدها و بیدها مقاومت خوبی را در دماهای بالاتر از ۶۰۰C   نشان می دهد . استحکام در دمای بالا همراه با چگالی کم ، آلیاژهای Al-Ti را قابل رقابت با موادی مانند تیتانیم و آلیاژهای پایه نیکل می کند . ولی انعطاف پذیری کم در دمای اتاق باعث شده استفاده عمومی از آنها محدود شود [۲۸,۲۹]  ساختار نانوکریستال می تواند تنها دلیل افزایش همزمان سختی و انعطاف پذیری (ductility)  باشد .

برای افزایش انعطاف پذیری (duetility)  به خوبی استحکام در دمای اتاق برای آلیاژ Al-Ti ما می توانیم ار روش آلیاژسازی مکانیکی برای تهیه ساختار نانوکریستال استفاده کنیم زیرا در این روش اندازه ذرات پودر درحد نانومتر کاهش می یابد .

مواد نانوکریستال بعنوان یکی از پربهره ترین مواد در دهه اخیر مطرح شده اند به سبب اینکه آنها خواص مفید و بالقوه ای برای کاربردهای مختلف دارند که وابسته به اندازه بی نهایت ریزدانه ها است [۳۰,۳۲] و مواد بصورت پودر زمانی می توانند یک ماده با ساختار نانوکریستال با سودهی مناسب را تولید کنند . که سایز ذرات آنها در حد نانومتر باشد [۳۳] .

در آزمایشات گذشته [۳۴] پودر نانوکریستال آلیاژ Al-Ti بطور موفقیت آمیزی بوسیله آسیاب گلوله ای واکنش دار(RBM)  (Reactive ball Milling) در اتمسفر هیدروژن ترکیب شده بود و یک نوع ساختار نانومتری که شامل Al با اندازه ای درحد نانومتر و همچنین ذرات نانومتری TiH2 را به بوجود آورده بود . در ابتدا آسیاب کردن ، TiH2 تشکیل شده و زمان تشکیل ساختار را ۱ تا ۳ ساعت کمتر کرده است [۳۵].

۱- جزئیات آزمایشات

۱-۱ آسیاب گلوله ای واکنشی و مشخصات پودر آسیاب شده .

پودر آلومینیوم خالص (۹۹.۵% , – ۳۲۵mesh  خلوص) و تیتانیم (۹۹.۹% , – ۳۲۵mesh خلوص) با ترکیب شیمیایی Al-5% at Ti باهم ترکیب می شوند . RBM یک آسیاب گلوله ای بزرگ با انرژی زیاد است و دارای ظرفیت ۷.۸۱  تحت اتمسفر هیدروژن     می باشد شرایط آسیاب کردن بوسیله اثری که بر روی ساختار نانوکریستال آلیاژ Al-Ti  دارد تعیین می شود [۸] زمان آسیاب کردن و سرعت آسیاب کردن بترتیب ۳۰ ساعت و ۲۵۰ rpm می باشد وزن نهایی پودر ۲۰۰gr و نسبت گلوله های آسیاب به پودر ۶۵:۱.۲wt%  می باشد عامل کنترل کننده فرآیند استریک اسید (CH3 (CH2)16 COOH) می باشد که اضافه می شود . قبل از شارژ کردن محفظه آسیاب با گاز هیدروژن ، محفظه باید بوسیله Rotary Pump خلاء بشود ( درحدود ۱۰-۳ torr ) . [36]

پودرهای آسیاب شده بعد از طی مرحله آسیاب به ۲۰۰ mesh  می رسند بعد از طی این مراحل آزمایشاتی بوسیله TEM , SEM , XRD بر روی پودر انجام شد و مشاهده شد اندازه دانه ها که بوسیله TEM اندازه گیری شده بود با داده های تئوری از XRD مطابقت داشت . دمای تجزیه TiH2 و تشکیل Al­۳ Ti  بوسیله نمودار DSC در نرخ حرارت دهی ۱۰-۳k/s  و درحضور اتمسفر آرگون محاسبه شدند . بعد از عملیات حرارتی تغییرات ریزساختار و اندازه دانه با نتایج بدست آمده از TEM , XRD اختلاف داشت . [۲۶]

(Con soli dation Temp)  دمای ترکیب شدن : به دمای گفته می شود که در آن دما همه TiH2 تجزیه شده و Al3Ti تشکیل می شود . [۲۶]

۲-۱    اکستروژن گرم

پودرآسیاب شده را در الک -۲۰۰ mesh الک کرده و با اکستروژن گرم پودر را مستحکم می کنند برای اکستروژن پودر از یک محفظه فلزی بنام can همانطور که گفته شده استفاده شده بود . برای مستحکم کردن پودر از پرس سرد با فشاری حدود ۹۸MPa درقوطی از جنس AL6063 و یا از جنس Cu می توان استفاده کرد . این نمونه به عملیات حرارتی قبل از اکستروژن گرم نیاز دارد . قوطی آلومینیومی در دمای ۴۵۰C  یا ۵۰۰C   به یک میله تبدیل می شود . البته بعداز عملیات حرارتی درهمان دما و در حدود ۱ تا ۲ ساعت * سرقوطی را می توان بوسیله جوش قوس آرگون ببندیم و آن را در دمای ۵۰۰C  و بوسیله پمپ rotary بمدت ۱ تا ۳ ساعت مستحکم کنیم . نسبت اکستروژن ۲۵:۱ است و فشار اکستروژن ۱.۵GPa ، قطر قطعه اکسترود شده ۱۵nm  است . [۲۶]

۳-۲    تستهای مکانیکی                                                         

سختی و ریزسختی وتست کشش بر روی قطعه اکسترود شده انجام شد . سختی بوسیله دستگاه سختی سنج راکول (RockwellB) اندازه گیری شد . اندازه گیری Vickers Micro Hardness با نیروی ۵۰۰gr و دستگاه Leitz انجام شد . نمونه برای تست کشش از روی ا ستاندارد ASTM- E8M تهیه شده و طول gage آن ۲۰mm بود با قطر سطح قطعه ۴mm که دردستگاه۲۰۰۰LBS  SATECDLF20 تست شده . تست کش با نرخ کرنش   ۴.۲ x10-4s-1 در دمای اتاق و دماهای بالاتر(۵۰۰C , 400C , 300C) انجام شد . نتایج تست کشش این قطعه با آلیاژ Al-Ti که بوسیله آلیاژسازی مکانیکی و در اتمسفر آرگون تهیه شده بود و سپس اکستروژن گرم شده بود مقایسه می شود .

چگالی بوسیله قانون ارشمیدس اندازه گیری شد . ریزساختار قطعه اکسترود شده و نمونه ای که تست کشش بروی آن انجام شده بود بوسیله TEM بررسی شد .

سطح شکست نمونه ای که تست کشش بررسی انجام شده بود بوسیله SEM بررسی شد .

الکترولیت مورد استفاده برای پوشش قطعاتی که برای آنالیز TEM مورداستفاده قرارگرفت  شامل ۱۰درصد حجمی اسیدپرکلریک Perchloric acid و ۹۰درصد حجمی اتیل الکل (ethyl alcohol) است که در دمای –۲۵C  استفاده شد همچنین ولتاژ مورد استفاده هم   است . [۲۶]

۲- نتایج

آنالیز XRD نشان می دهد که همه تیتانیوم ها (Ti) بعداز RBM در اتمسفر هیدروژن تبدیل به TiH2 شده اند شکل ۱۱ عکسهای  TEMپودر Al-5 at %Ti که برای ۳۰h دراتمسفر هیدروژن آسیاب شده است را نشان می دهد مدل سطح انتخاب شده تفرق (Selected area diffraction) (SAD) نشان می دهد که این سطح شامل TiH2 , Al است که بصورت زنجیره ای (Ring) و تصادفی در کنارهم قرار گرفته اند و ساختار ریزی از دانه های پلی کریستال را تشکیل می دهند اندازه دانه هایی که بطور مستقیم در عکسهای TEM مشاهده شده کمتر از ۲۰nm است . آنالیز TEM نشان می دهد که TiH2 , Al اندازه هایی نزدیک بهم دارند و دارای پراکندگی غیریکنواخت هستند . نتایج TEM نشان می دهد که ریزساختار پودر آسیاب شده بصورت ترکیبی درحد نانومتر است [۳۶] که شامل وزارت TiH2 , Al با اندازه ای در حد نانومتر است شکل ۱۲ یک نمودار DSC  مربوط به پودرآسیاب شده است .

۴ واکنش دراین نمودار مشخص است که واکنشهای (A , C, D) گرمازا (exothermic) و واکنشی دیگر گرماگیر (endothermic) است که رنج گسترده دمایی آن ازنقطه B شروع می شود .

برای امتحان مبدأ هر پیک (peak) نمونه پودر را مطابق دمای هر پیک در نمودار DSC گرم کرده و بعد سرد می کنیم و سپس بوسیله XRD بررسی می کنیم . اولین پیک گرمازا در ۳۳۰C (نقطه A) تثبیت ساختار غیرپایدار حرارتی را بعنوان  grain bounday readering,grain  boundary relaxation نتیجه می دهد . پهنای وسیع واکنشهای گرماگیر در حدود دمای ۳۷۰ c (نقطه B) شروع می شود این نتیجه تأثیر واکنشهای گرماگیر از تجزیه TiH2 است و رنج پیوسته و وسیع از یک واکنش آرام را نشان       می دهد . پیک دوم در دمای ۳۹۰c  (نقطه C) اتفاق می افتد که گرمازا است این پیک خیلی کوچک بروی پیک وسیع واکنش گرماگیر قرار می گیرد و با آن هم پوشانی دارد این پیک نتیجه آلیاژسازی دوباره بین شبکه Ti , Al است که از تجزیه شدن TiH2 بدست آمده است . واکنش آخر بعد از تجزیه TiH2 در دمای ۴۸۰ C (نقطه D ) بطور مشخص درنهایت انجام می شد .

آنالیز حرارتی در این آزمایش شبیه به آزمایش قبلی [۸] که بروی پودری با ترکیب           Al-10 wt/Ti که بمدت ۵۰ ساعت در اتمسفر RBM,H2 شده بود است بنابراین دمای واکنش برای این آزمایش ۴۰-۵۰C  کمتر از آزمایش قبلی است. و ریزساختار پودر آسیاب شده در این آزمایش ریزتر از آزمایش قبلی بود . در این مورد آنالیز حرارتی پودری با ترکیب Al-10wt% Ti که در اتمسفر آرگون آلیاژسازی مکانیکی شده است نشان می دهد که AL3Ti بین دمای ۲۶۰-۳۲۰C  تشکیل شده است [۳۷] اما این یک آزمایش است زیرا Al3Ti قبل از آنکه TiH2 تجزیه شود تشکیل نشده بود . تشکیل Al3Ti با تأخیر تا دمای ۴۸۰C  انجام می شود که بعنوان دمای معمولی ترکیب برای آلیاژسازی مکانیکی آلیاژهای پودر Al-Ti مطرح است . تأخیر در تشکیل Al3Ti        می تواند از رشد دانه های Al3Ti در حین عملیات حرارتی و گاززدائی قبل از اکستروژن گرم بواسطه زمان کم حرارت دهی جلوگیری کند . شکل ۱۳ عسکهای TEM مربوط به پودری با ترکیب Al-5 at%Ti که در RBM بمدت ۳۰ ساعت آسیاب شده و سپس بمدت ۲۰دقیقه در دمای ۵۰۰C  عملیات حرارتی شده است را نشان می دهد . سطح عکس  نشان دهنده مدل SAD فازهای Al-Ti ,Al و Al2O3 را بدون TiH2 را نشان می دهد اندازه دانه ها نیز در حدود ۲۰nm نگه داشته می شود . برطبق آنالیز DSC دمای مناسب برای ترکیب ۵۰۰C است .