12710

12710

بررسي تشكيل آلومينايد تيتانيم به روش آلومينايزينگ فاز گازي

دكتري

مواد و متالوژي

اسفند 1392

اسفند 1392

دكتر منصور سلطانيه

دكتر محمدرضا ابوطالبي

چكيده در اين پژوهش، تشكيل تركيبات بين فلزي آلومينايد تيتانيم بر روي نمونه‌هاي ورق تيتانيم خالص با استفاده از مخلوط پودري شامل: آلومينا، 10 درصد وزني پودر آلومينيم و 5 درصد وزني كلريد آمونيم در سيستم‌هاي باز و بسته مورد بررسي قرار گرفت. نتايج نشان داد كه فقط يك محيط خنثي جهت آلومينيم‌دهي اين نمونه‌ها كافي نبوده و انجام عمليات آلومينيم‌دهي در سيستم باز منجر به كاهش شديد وزن آن‌ها مي‌شود. بررسي ترموديناميك واكنش‌هاي مستقلي كه به هنگام عمليات آلومينيم‌دهي نمونه‌هاي تيتانيم در سيستم باز اتفاق مي‌افتند نشان داد كه تشكيل مداوم و پيوسته كلريدهاي تيتانيم، دليل خورده شدن اين نمونه‌ها در سيستم باز هستند. با استفاده از يك مدل ترموديناميكي- شيميايي نشان داده شد كه چنان چه سيستم مورد استفاده جهت آلومينيم‌دهي، بسته بوده به نحوي كه اين سيستم اجازه تبادل جرم با محيط بيرون را ندهد واكنش‌هايي كه منجر به تشكيل كلريدهاي تيتانيم مي‌شوند به تعادل رسيده و بنابراين پيشروي مداوم اين واكنش‌ها متوقف مي‌گردد. در نتيجه كاهش وزن نمونه‌هاي تيتانيم در اثر تشكيل كلريدهاي تيتانيم در سيستم بسته، بسيار ناچيز است. شناسايي ميكروساختار نمونه‌هاي تيتانيمي ورق و مكعبي، پس از عمليات آلومينيم‌دهي در مخلوط پودري حاوي آلومينا، 10 درصد وزني پودر آلومينيم خالص و 5 درصد وزني فلوريد سديم در محدوده دمايي 950 تا ˚C1100 به مدت زمان h6-0 در سيستم بسته نشان داد كه لايه‌هايي از جنس TiAl3، TiAl2، γ-TiAl، α2-Ti3Al و محلول جامد آلفاي آلومينيم در تيتانيم بر روي نمونه‌ها تشكيل مي‌شود. اين در حالي است كه در اكثر مطالعاتِ ديگر محققان، فقط تشكيل لايه TiAl3 گزارش شده است. همچنين نتايج نشان داد كه ضخامت لايه TiAl3 در مقابل ديگر لايه‌هاي تركيبات بين‌فلزي، به مقدار قابل ملاحظه‌اي بيشتر است كه اين امر به دليل بالاتر بودن ضريب نفوذ آلومينيم در اين لايه است. به علاوه، بررسي سينتيكي افزايش وزن نمونه‌هاي تيتانيم پس از عمليات آلومينيم‌دهي نشان داد كه افزايش وزن نمونه‌ها بر حسب زمان عمليات، از رابطه پارابوليكي تبعيت مي‌كند؛ لذا نفوذ گازهاي حاوي آلومينيم در محيط متخلخل مخلوط پودري، كنترل كننده سينتيك افزايش وزن نمونه‌ها تشخيص داده شد. ثوابت پارابوليكي افزايش وزن با استفاده از داده‌هاي افزايش وزن اندازه‌گيري شده در دماهاي 950، 1025 و ˚C1100 براي نمونه‌هاي مكعبي به ترتيب برابر با 7-10×477/5، 6-10×428/1 و kg^2/(m^4 s)6-10×110/3 محاسبه شدند. اين مقادير براي نمونه‌هاي ورق برابر با 6-10×226/1، 6-10×564/1 و kg^2/(m^4 s)6-10×960/3 در دماهاي 950، 1025 و ˚C1100 به دست آمدند. انرژي فعال‌‌سازي مرحله كنترل‌كننده براي اين نمونه‌ها برابر با kJ/mol8/161 محاسبه گرديد. در پايان، مقادير افزايش وزن نمونه‌ها در حين فرايند آلومينيم‌دهي با استفاده از فشارهاي جزئي تعادلي گازهاي حاوي آلومينيم در مخلوط پودري و در مجاورت سطح نمونه‌ها مطابق با مدل نفوذ گازها در محيط متخلخل (مدل Levine و Caves) محاسبه شد. نتايج نشان داد تغييرات وزن محاسبه شده در دماي ˚C950 در تطابق با مقادير اندازه‌گيري شده در اين دما بوده ولي اين مقادير در دماهاي 1025 و ˚C1100 بيش‌تر از مقادير تجربي است.