12585

12585

بررسي خواص و ساختار آلياژ پايه Al-Ni با ايجاد رسوبات نانومتري در فرآيند انجماد سريع و مطالعه روش متراكم سازي گرم

دكتري

مواد

بهمن ماه 1392

بهمن ماه 1392

دكتر سعيد شبستري - دكتر محمدعلي بوترابي

چكيده تحقيق حاضر با هدف اصلي توليد و توسعه يك آلياژ جديد پايه آلومينيم- نيكل از طريق انجماد سريع به منظور ايجاد يك ساختار آمورف و يا نانو- آمورف با رسوبات نانومتري در يك زمينه آمورف و بهبود ساختار، خواص مكانيكي و پايداري حرارتي و نيز بررسي علمي و تحليلي ريزساختار در شرايط انجماد سريع انجام شده است. همچنين فرآيند متراكم¬سازي گرم براي توليد نمونه حجيم با كيفيت عالي ساختاري، پايداري حرارتي و سختي بالا به منظور كاربرد در صنايع، مورد بررسي قرار گرفت. بدين منظور بر اساس مطالعات تئوريكي و ترموديناميكي، آلياژهايي بر مبناي سيستمAl-Ni-RE (Y,Ce) انتخاب شد و نمونه‌هاي نواري شكل با روش مذاب¬ريسي ((Melt Spinning توليد شدند و اثر سرعت سرد كردن، عمليات حرارتي آنيل و افزودن عناصر آلياژي RE بر ساختار و خواص آلياژهاي حاصل بررسي شد. ساختار فازهاي نانو و آمورف حاصل از مذاب¬ريسي به كمك آزمايش پراش اشعه X (XRD) و ميكروسكوپ¬هاي الكتروني (SEM، HRTEM, TEM) مورد بررسي قرار گرفت. سختي و پايداري حرارتي آلياژهاي توليد شده از طريق آزمايش نانوسختي، ميكروسختي و آناليز حرارتي DSC، بررسي شدند. همچنين سينتيك تبلور آلياژ آمورف Al86Ni6Y6Ce2 به كمك آناليز JMAK بررسي شد و مكانيزم حاكم بر فرآيند جوانه¬زني و رشد و انرژي فعال¬سازي مورد ارزيابي قرار گرفت. براي توليد نمونه¬هاي حجيم، روش متراكم¬سازي (پرس سرد و داغ) مورد استفاده قرار گرفت. ساختار و خواص نمونه¬هاي حجيم حاصل به كمك آناليز XRD، DSC، SEM، آزمايش سختي سنجي (ميكروسختي) و تعيين چگالي مطالعه شد. نتايج نشان داد كه آلياژهاي كاملاً آمورف (at.%) Al86Ni6Y8، Al86Ni6Y6Ce2 و Al84Ni6Y6Ce4 و نانو- آمورف Al88Ni6Y6 با استفاده از روش مذاب¬ريسي در سرعت¬هاي مختلف ديسك مسي ms-1 10-40 توليد شدند. افزودن اتم¬هاي RE سبب بهبود قابليت تشكيل شيشه¬فلز شد، به طوري كه با افزودن at.% 2، Y يا Ce ساختار از حالت نانو- آمورف به آمورف تغيير نمود. تأثير اين عناصر بر بهبود قابليت آمورف شدن از جنبه¬هاي مختلف ترموديناميكي و سينتيكي مورد بحث و تحليل قرار گرفت. آلياژهاي آمورف Al-Ni-RE حاصل از مذاب¬ريسي داراي پايداري حرارتي بالا (حداكثر K 585) و سختي در محدوده HV 347-434 و مدول يانگ بالاتر از GPa 79 هستند. با توجه به نتايج، انتظار مي¬رود كه تبلور در آلياژ آمورف Al86Ni6Y6Ce2 به وسيله رشد كنترل شونده نفوذي و با سرعت جوانه¬زني كاهشي هدايت -شود. همچنين سختي در اين آلياژ به طور محسوسي طي فرآيند آنيل تغيير مي¬كند. از ديگر نتايج قابل توجه، توليد آلياژ حجيم Al86Ni6Y6Ce2 حاصل از پرس¬داغ در شرايط دماي K 748 و فشار GPa 2/1 مي¬باشد كه داراي اتصال مناسب بين پولك¬هاي مذاب¬ريسي، پايداري حرارتي و چگالي خوب (gcm-3 41/3) است. همچنين آلياژ حجيم داراي سختي بالا HV 19381 (بسيار بيشتر از سختي آلياژهاي معمول و استحكام بالاي آلومينيم) مي¬باشد كه اين موفقيت چشمگيري در راستاي كاربردي نمودن آلياژهاي مذاب¬ريسي آلومينيم است. كلمات كليدي: انجماد سريع، آلياژهاي آلومينيم- نيكل، شيشه¬¬فلزات، ساختارهاي نانو، متراكم¬سازي گرم، ميكروسكوپ الكتروني عبوري (TEM)