11969

11969

بررسي تشكيل تركيب بين فلزي TiCr2 از طريق احياي همزمان اكسيدهاي تيتانيم و كروم

دكتري

مهندسي مواد و متالورژي

خرداد 1392

خرداد 1392

دكترعليرضا خاوندي - دكتر رضا قاسم زاده

دكتر محمدرضا ابوطالبي

چكيده در اين تحقيق تشكيل تركيب بين فلزي TiCr2 از طريق احياي همزمان اكسيدهاي تيتانيم و كروم مورد بررسي قرار گرفت. بر اساس نتايج آزمايش¬هاي آناليز حرارتي و تفرق اشعه¬ي ايكس در واكنش TiO2+Cr2O3+5Ca، ومقايسه¬ي آ¬ن¬ها با زير واكنش¬هاي TiO2+2Ca و Cr2O3+3Ca، با افزايش درجه حرارت، ابتدا فلز كلسيم در دماي Cº447 از ساختار كريستالي α به β تغيير حالت داده كه فرآيندي گرماگير است. سپس در دماي Cº660 بين اكسيدهاي تيتانيم و كروم، يك محلول جامد بصورت جزئي تشكيل مي¬گردد كه اين فرآيند نيز گرماگير است. فلز كلسيم در دماي Cº832 ذوب شده و در Cº934 و Cº1073 به ترتيب با اكسيدهاي كروم و تيتانيم واكنش داده كه هر دو واكنش گرمازا مي¬باشند. نتايج حاصل از بررسي واكنش TiO2+Ca با مقادير مختلف از ماده¬ي احياء كننده و زمان¬هاي متفاوت نگهداري محصولات در دمايCº1200 نشان داد كه با افزايش ميزان ماده¬ي احياء كننده تا حدود 50 درصد بيشتر از ميزان استوكيومتري و نگهداري محصولات به مدت 60 دقيقه در دماي Cº1200، فلز تيتانيم با ppm1650 اكسيژن تشكيل مي¬گردد. در سيستم Cr2O3+Ca، با افزايش حدود 30 درصد بيشتر از ميزان استوكيومتري از ماده¬ي احياء كننده، فلز كروم با ppm20 اكسيژن (در همان زمان و دما) تشكيل مي¬گردد. در مخلوط واكنشي TiO2+Cr2O3+Ca با افزايش 40 درصد بالاتر از ميزان استوكيومتري از Ca و نگهداري محصولات به مدت 60 دقيقه در دماي Cº1200 منجر به تشكيل آلياژ تيتانيم-كروم در فصل مشترك ذرات اين دو فلز شد. بررسي¬هاي ميكروسكوپي نشان داد كه مكانيزم حاكم بر تشكيل تركيب بين فلزي TiCr2، مكانيزم نفوذ دو جانبه بين عناصر تيتانيم و كروم مي¬باشد و با افزايش زمان نگهداري از 60 به 120 دقيقه، تركيب بين فلزي TiCr2 با ppm1320 اكسيژن تشكيل گرديد. مطابق با نتايج آزمايش¬هاي DTA، با كاهش اندازه ذرات مواد واكنشگر از μm 5/5 به μm 060/0، واكنش-هاي احياء بين فلز كلسيم و اكسيدهاي كروم و تيتانيم به ترتيب از Cº934 به Cº882 و از Cº1073 به Cº1044 كاهش يافته وميزان اكسيژن باقيمانده در تركيب TiCr2 نيز از ppm1690.به ppm1290 كاهش مي¬يابد. از طرفي محاسبه¬ي انرژي فعالسازي واكنش Ca با اكسيدهاي تيتانيم و كروم به روش هم متغيري نوع كسينجر نشان داد كه مقدار آن با انجام 2 ساعت آسياكاري به ترتيب برابر با kJ/mol292 و kJ/mol207 بوده و در صورت افزايش زمان آسياكاري به 20 ساعت، اين مقادير به ترتيب به kJ/mol264 و kJ/mol188 كاهش مي¬يابند. بررسي اثر اندازه ذرات مواد اوليه بر فرآيند احياي همزمان اكسيدهاي تيتانيم و كروم در محيط CaCl2، نشان داد كه در صورت استفاده از ذرات مواد اوليه با متوسط اندازه ذرات μm 120/0 و نگهداري به مدت 4 ساعت در دمايCº950، تركيب TiCr2 با ppm1360 اكسيژن تشكيل مي¬گردد و در صورت افزايش زمان نگهداري به 8 ساعت، مقدار اكسيژن نهايي به ppm 828 كاهش مي¬يابد. در صورت استفاده از ماده¬ي احياء كننده¬ي CaH2، مطابق با نتايج آزمايش¬هاي DTA وXRD، واكنش¬هاي احياء در دماي Cº732 در اثر واكنش بين Ca و اكسيدهاي مواد اوليه آغاز مي¬گردد. در اين صورت با شروع واكنش¬ها، امكان توقف آ¬ن¬ها وجود نداشته و شرايط احتراقي خود پيشرونده بر سيستم حاكم است كه بيشينه¬ي دماي اندازه گيري شده در آن Cº1998 بود. واژه هاي كليدي: تركيب بين فلزي TiCr2، تيتانيم، كروم، احياي همزمان، اندازه ذره.