آلياژهاي مس از جمله پر كاربرد ترين فلزات صنعتي به شمار ميروند كه مقاومت به خوردگي خوب، هدايت الكتريكي بالا و همچنين خواص مكانيكي مطلوبي دارند. به رغم اينكه مس خالص از هدايت الكتريكي بالايي برخوردار است اما خواص مكانيكي آن براي بسياري از مصارف صنعتي مناسب نيست. افزايش خواص مكانيكي مس در كنار حفظ هدايت الكتريكي آن از دير باز مورد توجه محققين قرار داشته است. خواص مكانيكي مس خالص را مي توان به روش هاي گوناگوني بهبود داد. از جمله اين روش ها مي توان به استحكام دهي از طريق كار سرد 1، استحكام دهي محلول جامد 2 و افزودن يك فاز تقويت 3 كننده به زمينه مس اشاره كرد[ 1]. هر يك از اين .[4- روش ها مزايا و معايبي دارد كه در منابع مختلف مورد بحث و تحليل قرار گرفته است[ 1 5% وزني تيتانيوم قابليت عمليات حرارتي رسوب سختي - آلياژهاي مس- تيتانيوم حاوي 1 در Cu4Ti دارند. استحكام مكانيكي اين آلياژها با استفاده از فرايند رسوب سختي و با رسوب ذرات در اين آلياژها را بر اساس مكانيزم Cu4Ti مس افزايش مي يابد. برخي از محققين تشكيل رسوب اسپينودال[ 5] و برخي ديگر بر اساس مكانيزم جوانه زني و رشد معرفي كردند[ 6]. بررسي هاي در Cu4Ti بيشتر توسط ديگر محققين[ 7] در سال هاي اخير نشان داده است كه تشكيل رسوبات اثر پيرسازي آلياژهاي رقيق از تيتانيوم (آلياژهاي مس حاوي كمتر از 1% وزني تيتانيوم) با مكانيزم 2 درصد وزني تيتانيوم با مكانيزم اسپينودال صورت / جوانه زني شديد 4 و آلياژهايي با بيش از 5 مي گيرد. به دليل اينكه تيتانيوم به شدت باعث كاهش هدايت الكتريكي مس مي شود[ 8]، مي توان ضعف عمده اين آلياژها را كاهش شديد هدايت الكتريكي مس در اثر افزايش درصد تيتانيوم دانست. از طرف ديگر كاهش درصد تيتانيوم در اين آلياژها به كمتر از 1% وزني مانع تشكيل مقدار 1 ) Cold work 2 ) Solid solution hardening 3 )Dispersion Hardening 4 )Catastrophic Nucleation بررسي مكانيزم تشكيل دي بوريد تيتانيوم به صورت در جا و... 2 مقدمه بعد از عمليات حرارتي پير سازي مي شود. تحقيقات نشان داده (Cu4Ti) قابل توجهي فاز رسوبي .[ است كه حداقل تيتانيوم لازم براي رسوب سختي اين آلياژها در حدود 1% وزني است[ 9 پيش از اين روش هاي مختلفي براي بهبود همزمان خواص الكتريكي و مكانيكي آلياژهاي مس- تيتانيوم مورد مطالعه قرار گرفته است كه از آن جمله مي توان به اثر افزودن عناصر آلياژي نظير كروم و كبالت، تغيير اتمسفر عمليات حرارتي به هيدروژن و دوتريم و همچنين كار سرد اشاره كرد. افزودن عناصر آلياژي نظير كبالت و كروم در آلياژهاي مس- تيتانيوم اگرچه موجب افزايش خواص مكانيكي آلياژ شده و مانع از افت استحكام دما بالاي آن مي شود، با اين حال نه تنها اثر مثبتي بر هدايت الكتريكي آن ندارد، بلكه موجب كاهش شديدتر هدايت الكتريكي 11 ]. اثر تغيير اتمسفر عمليات حرارتي از هوا به هيدروژن و دوتريم موجب بهبود - مي شود[ 10 مي شود[ 12 ]. اما از آنجايي كه اين TiH هدايت الكتريكي اين گروه از آلياژها با تشكيل رسوبات 2 رسوبات از پايداري حرارتي بالايي برخوردار نيستند، در دماي بالا تجزيه شده و با آزاد كردن گاز هيدروژن در زمينه مس، مقدمات تخريب آلياژ را با شكست مرز دانه اي فراهم مي كنند. يكي ديگر از روش هاي استحكام دهي مس روش تقويت زمينه مس با ذرات فاز تقويت كننده سراميكي است. در بين ذرات سراميكي، دي بوريد تيتانيوم علاوه بر دارا بودن سختي و استحكام مكانيكي بالا، از بالاترين مقدار هدايت الكتريكي نيز در بين سراميك هاي پيشرفته برخوردار است[ 13 ]. از مزاياي استفاده از ذرات دي بوريد تيتانيوم اين است كه اين ذرات را ميتوان با استفاده از يك واكنش درجا 1 توليد كرد. سنتز يك فاز تقويت كننده نظير دي بوريد تيتانيوم به صورت درجا موجب مي گردد كه آلودگي هاي فصل مشترك بين فاز تقويت كننده و زمينه و همچنين حضور ناخالصي ها در زمينه به حداقل برسد[ 14 ]. استفاده از اين روش، در مورد آلياژهاي مس به خصوص در كاربردهاي الكتريكي كه حساس به حضور ناخالصي در زمينه است، بسيار سودمند است. 1 ) In-Situ بررسي مكانيزم تشكيل دي بوريد تيتانيوم به صورت در جا و... 3 مقدمه تحقيقات انجام شده در مورد حضور ذرات دي بوريد تيتانيوم در مس نشان داده است كه اين ذرات ضمن افزايش استحكام مكانيكي، اثر كمتري بر هدايت الكتريكي مس نسبت به ساير عناصر آلياژي دارند. به طوري كه هدايت الكتريكي آلياژي از مس با 1% وزني دي بوريد تيتانيوم در حدود 85 % مس خالص است[ 15 ]، در حالي كه آلياژ مس حاوي يك درصد وزني تيتانيوم به .[ صورت محلول جامد داراي هدايت الكتريكي در حدود 30 % مس خالص است[ 16 همانطور كه اشاره شد كاهش تيتانيوم در آلياژهاي مس- تيتانيوم موجب كاهش رسوب و افزايش تيتانيوم موجب كاهش هدايت الكتريكي اين آلياژها مي شود. مي توان براي حفظ Cu4Ti هدايت الكتريكي و همزمان حفظ قابليت عمليات حرارتي در آلياژهاي رقيق مس - تيتانيوم (كمتر 1)، كاهش درصد تيتانيوم در زمينه را با درصد مشابه از ذرات تقويت كننده دي بوريد wt.%Ti از تيتانيوم جبران كرد و به كمك توزيع مناسب از اين ذرات، استحكام مكانيكي و هدايت الكتريكي را به صورت همزمان افزايش داد. توزيع مناسب ذرات دي بوريد تيتانيوم در زمينه به روش درجا مستلزم تعيين مكانيزم تشكيل ذرات دي بوريد تيتانيوم در مذاب است كه گزارشي از مكانيزم تشكيل دي بوريد تيتانيوم در مذاب مس به شيوه افزودن بور به مذاب تاكنون منتشر نشده است و يكي از خلا هاي تحقيقاتي محسوب مي شود. اين پژوهش درصدد بررسي مكانيزم تشكيل دي بوريد تيتانيوم در مذاب به روش درجا و اثر تشكيل اين ذرات بر مكانيزم استحكام دهي آلياژهاي مس- تيتانيوم با تاكيد بر آلياژهاي رقيق مس- تيتانيوم دارد، تا بتوان ضمن حفظ هدايت الكتريكي، خواص مكانيكي سيستم آلياژي فوق را نيز بهبود بخشيد. به اين ترتيب در اين پژوهش نخست به بررسي امكان فرآوري يك كامپوزيت زمينه مس- تيتانيوم با ذرات تقويت كننده دي بوريد تيتانيوم به روش درجا پرداخته و سپس مكانيزم تشكيل اين ذرات و اثر آن بر مكانيزم رسوب سختي و خواص كامپوزيت مورد بررسي قرار خواهد گرفت. نسبت تركيب مواد اوليه به نحوي انتخاب شده است كه پس از واكنش يك درصد دي بوريد بررسي مكانيزم تشكيل دي بوريد تيتانيوم به صورت در جا و... 4 مقدمه تيتانيوم به صورت درجا در زمينه تشكيل شود و يك درصد وزني تيتانيوم نيز به صورت واكنش نكرده در آن باقي بماند. در فصل سوم از اين تحقيق، به معرفي روش ها و ابزار و نوع مواد مورد استفاده در تحقيق حاضر پرداخته شده است كه شامل فرآيندهاي مورد استفاده در عمليات ذوب و همچنين جزييات عمليات حرارتي صورت گرفته بر روي نمونه ها است. در اين تحقيق از فرايند ذوب سريع به منظور بررسي مكانيزم تشكيل دي بوريد تيتانيوم و از روش ذوب تحت خلا براي تهيه نمونه هاي آزمايشگاهي براي ارزيابي خواص مكانيكي و الكتريكي نمونه ها استفاده شده است. طراحي آزمايش ها در اين مرحله نتيجه بازخورد آزمايشهاي متعدد در دستيابي به بهترين نتايج است. مطالعات ريز ساختاري بر روي نمونه ها با استفاده از آناليزهاي اشعه ايكس و همچنين ميكروسكوپ الكترون عبوري و روبشي صورت گرفته است. خواص مكانيكي مطابق با استانداردهاي موجود ارزيابي گرديده است. به منظور امكان مقايسه خواص بدست آمده از كامپوزيت، خواص مكانيكي و الكتريكي آن با نمونه هاي شاهد از آلياژ مس-تيتانيوم نيز مقايسه شده است. در فصل چهارم نتايج بدست آمده در اين تحقيق با استفاده از قوانين و اصول متالورژيكي مورد بررسي و ارزيابي قرار گرفته است. بسياري از نتايج اين فصل مي تواند افق هاي جديدي را در توسعه كمي و كيفي آلياژهاي مهندسي در بر داشته باشد. در بخش اول از فصل چهارم به بررسي مطالعات ترموديناميكي صورت گرفته در سيستم مس - تيتانيوم - بور پرداخته شده است. سپس به كمك اين نتايج به ارزيابي مكانيزم تشكيل ذرات دي بوريد تيتانيوم در مذاب پرداخته شده است و مكانيزم هاي محتمل و مكانيزم غالب در تشكيل ذرات دي بوريد تيتانيوم در مذاب معرفي شده است. به منظور امكان مقايسه اثر ذرات دي بوريد تيتانيوم بر خواص آلياژهاي مس-تيتانيوم، رفتار منحني هاي پير سختي و خواص متالورژيكي دو آلياژ شاهد از مس- تيتانيوم به صورت مجزا در 4 اثر افزودن بور به آلياژي از مس - تيتانيوم - 3 مورد بررسي قرار گرفته است. در بخش 4 - بخش 4 مورد بررسي قرار گرفته است. در انتهاي هر بخش به منظور جلوگيري از پراكندگي بحث ها، بخشي به عنوان جمع بندي اضافه شده است كه در آن به صورت مختصر به جمع بندي نتايج همان بخش بررسي مكانيزم تشكيل دي بوريد تيتانيوم به صورت در جا و... 5 مقدمه پرداخته شده است. در انتهاي فصل نيز به صورت مفصل تر به بررسي نتايج بدست آمده از بخش هاي قبل پرداخته شده است. همچنين سعي شده است تا با ارائه پيشنهادهايي مسير تحقيقات آينده در اين موضوع روشن تر شود.

محسن سبحاني