14035

14035

بررسي واكنش هاي سامانه ايلمنايت، آلومينيم و گرافيت به منظور توليد كامپوزيت هاي Al2O3/TiC-Fe

دكتري

شناسايي و انتخاب مواد فلزي

بهمن ماه 1393

بهمن ماه 1393

دكتر منصور سلطانيه - دكتر محمدعلي بوترابي

مواد و متالورژي

چكيده ابزار برشAl2O3/TiC-Feبه علت سبكي وزن، سختي بالا، مقاومت شيميايي وچقرمگي مناسب، جهت ماشين-كاري سريع فولاد و چدن مورد توجه هستند.خوشبختانه با كمك روش سنتز احتراقي كه روشي ارزان قيمت و از لحاظ انرژي كم¬مصرفاست،مي¬توان اين دسته از مواد را تهيه كرد.البته مطالعات بسيار اندكي بر روي مكانيزم واكنش¬هاي سيستم سه¬تايي ايلمنايت، آلومينيم و گرافيت به منظور توليد محصول Al2O3/TiC-Fe انجام شده است كه در همين تعداد معدود نيز، نقايص و اشكالاتي وجود دارد. در ابتداي امر، ايلمنايت سنتز شد. سپس مخلوطي با نسبت مولي1:2:1 از ايلمنايت، آلومينيم و گرافيت، تهيه و تحت آناليز DTA قرار گرفت. مشخص شد كه با افزايش دما تا C°1200، ابتدا يك پيك گرماگير و در ادامه، سه پيك گرماده اتفاق مي¬افتد. براي تعيين مكانيزم،از مخلوط پودري فوق¬الذكر، نمونه¬هايي به شكل استوانه، پرس شده و در دماهاي بحراني (تحول) قرار داده شدند. مشخص شد در اين مجموعه، ابتدا آلومينيم ذوب شده، سپس مذاب آن با ايلمنايتواكنش كرده و آهن، تيتانيا و آلومينا توليد مي¬كند. از آنجا كه ميزان آلومينيم اوليه بيش ازميزان مورد نيازتوسط واكنش ايلمنايت و آلومينيم است، مقداري آلومينيم باقي مي¬ماند كه با آهن احيا شده، واكنش كرده و فازFe2Al5را توليد مي¬نمايد. در اين مرحله، كل آلومينيم مصرف مي¬شود. علت عدم تشكيل آلومينايدهاي تيتانيم و عدم تشكيل ساير آلومينايدهاي آهن به صورت مفصل در اين مرحله مورد بحث و بررسي قرار گرفته است. در اين مرحلههمچنين از سيستم¬هاي دوتايي ايلمنايت – گرافيت، ايلمنايت – آلومينيم و آلومينيم – گرافيت نيز جهت مقايسه روند واكنش¬هاي انجام شده با سيستم سه¬تايي ايلمنايت، آلومينيم و گرافيت، بهره برداري شده است. با افزايش دما تا دماي سومين پيك (پيك گرماده دوم)، تيتانيا به كمك فاز Fe2Al5،به زيراكسيدهاي تيتانيم تبديل وفازFe2Al5 نيز به فازFeAl بدل مي¬شود. براي اثبات عملي اين موضوع، ابتدا از پودرهاي آهن و آلومينيم، فازFe2Al5سنتزشده است. سپس اين فاز با TiO2 مخلوط و محصول به دست آمده در دماي مشابه پيك دوم يعني دماي °C930 تحت عمليات حرارتي قرار گرفت. محصولات به دست آمده از اين آزمايش مشابه محصولات به دست آمده از سيستم سه¬تايي ايلمنايت، آلومينيم و گرافيت در اين دما بود. با افزايش دما تا دماي چهارمين پيك (پيك گرماده سوم)، ديده شد، زيراكسيد¬هاي تيتانيم كه در مراحل قبل توليد شده بودند و همچنين فاز FeAl حذف شده وتنها فازهايTiC، آلومينا و آهن در ساختار باقي¬مي¬مانند كه همان محصولات مورد نظر جهت ايجاد كامپوزيت Al2O3/TiC-Feهستند. مشخص شد كه ابتدا فاز FeAl با Ti2O3 واكنش مي¬كند،Fe، TiO و Al2O3 توليد مي¬نمايد. سپس TiO توليد شده با گرافيت موجود در ساختار واكنش كرده و فاز TiCرا توليد مي¬¬كند. در دماي °C1300 نيزبررسي¬هاي انجام شده نشان داد كه پيك¬هاي محصولات مشابه دماي°C1070 است. البته پيك¬هاي فاز TiC به وجود آمده نسبت به نتايج دماي°C1070كم¬عرض¬¬تر و واضح¬تر شدند.اين موضوع نشان مي¬دهد كه فاز TiC توليد شده، در همان ابتدا با نسبت يك به يك از تيتانيم و كربن شكل نمي¬گيرد بلكه به مرور و با افزايش دما اين نسبت به يك نزديك مي¬شود. پس از به دست آمدن محصول نهايي، اثر استفاده از كنسانتره ايلمنايت و ميزان فشردگي مواد اوليه نيز بر محصول نهايي در دماي °C1300 مورد بررسي قرار گرفت.