18112

18112

بررسي اثر افزودني هاي BaO و MgO بر خواص فيزيكي و مكانيكي سرمت 5Ni/10NiO.90NiFe2O4

كارشناسي ارشد

سراميك

آبان ماه 1395

دكتر نقي زاده - دكتر رضايي

دكتر مسعودپناه

مواد و متالورژي

سرمت‌هاي 5Ni/10NiO-90NiFe2O4 به‌عنوان آند خنثي (غيرمصرفي) در فرآيند الكتروليز مذاب آلومينا-كريوليت به منظور تهيه‌ي آلومينيوم مطرح مي‌باشند. مطالعه از جنبه‌ي بهبود خواص مختلف اين سرمت‌ها همچنان ادامه دارد. در اين پژوهش تاثير افزودني‌هاي MgO و BaO روي خواص مكانيكي و فيزيكي و ريزساختاري اين سرمت‌ها مطالعه گرديد. ابتدا تركيب 10NiO.90NiFe2O4 با استفاده از مخلوط كردن سولفات‌هاي نيكل و آهن و كلسينه كردن آن¬ها در ºC1000 در اتمسفر معمولي سنتز شد. پس از مخلوط كردن تركيب فوق با Ni فلزي و كربنات‌هاي منيزيم و باريم، نمونه¬هاي مختلف حاوي 0، 1، 3 و 5 درصد وزني از MgO و BaO تحت پرس ايزواستاتيك قرار گرفته و پس از پخت در كوره‌ي خلا در دماي ºC1300 سرمت‌هاي نهايي به‌دست آمدند. يك تركيب نيز حاوي هر دو افزودني در مجموع به ميزان 3% وزني و با نسبت مساوري از هركدام از افزودني‌هاي MgO و BaO و يك تركيب بدون افزودني بود. پس از پخت، خواص نمونه‌ها از نظردانسيته و تخلخل به روش ارشميدس،آناليز فازي به روش پراش اشعهي X (XRD)، خواص ريزساختاري توسط ميكروسكوپ الكتروني (SEM+EDX) سنجيده شد. نتايج حاكي از آن بود كه نمونه‌ي بدون افزودني دانسيته‌ي حدود 91% داشت كه با افزودن BaO در پنج درصد وزني از آن به حدود 95% افزايش يافت. الگوي پراش اشعه‌ي X از نمونه‌ها نمايشگر انحلال مقداري از BaO در اسپينل NiFe2O4 و همچنين تشكيل تركيب‌هاي BaFe2O4 و BaFe12O19 مي‌باشد كه به دليل نقطه‌ي ذوب پايين‌تر مي‌توانند نقش فعال‌تري در زينتر نمونه‌ها و افزايش دانسيته‌ي نسبي (تا %95) و افزايش استحكام (تا MPa91) داشته باشند. البته، به دليل سختي پايين تركيب‌هاي فوق نسبت به اسپينل NiFe2O4، سختي نمونه‌هاي حاوي BaO نسبت به نمونه‌هاي بدون افزودني در 5% وزني افزودني به GPa4/1 افت كرده بود. در نمونه‌هاي حاوي افزودني MgO بخشي از MgO در اسپينل NiFe2O4 انحلال يافته و بخشي ديگر اسپينل شبه MgFe2O4 داده بود كه به دليل ديرگدازي سيستم اين افزودني نتوانسته است موجب بهبود زينتر گردد به‌طوري كه دانسيته‌ي نسبي و استحكام در 5 درصد وزني از افزودني منيزيا به‌ترتيب (83%) و (MPa44) به دست آمد كه نسبت به نمونه‌ي بدون افزودني كاهش يافته‌ بود. در حالت كلي با مقايسه¬ي تاثير اين دو افزودني به اين نتيجه رسيده شد كه عملكرد MgO در نتايج سختي بهتر از نتايج حاصل از BaO و برعكس اين حالت براي نتايج استحكام و دانسيته صادق بود.

1396/09/07

11/28/2017 12:00:00 AM

5Ni/10Nio-90NiFe2O4 cermets are considered as inert anodes for electrolyzing process of molten alumina-cryolite. Reseaches continue on improving these materials’ properties. In this study influence of BaO and MgO additives on physical and mechanical properties and microstructur of these cermets was investigated. Primarily, 10NiO-90NiFe2O4 powder synthesized using admixtion of nickel and iron sulphates and calsination at 1000C in air atmosphere. After mixing the compound with Ni metal powder, magnesium and barium carbonates that including 0, 1, 3 and 5 %wt MgO and BaO respectively, they pressed bu CIP method and then sintered at 1300 C in vaccum. One sample had both of BaO and MgO additives with molar ratio of 1:1 and one other did not include any additives. After sintering the samples, properties such as density and porosity, phase analysis, microstructure analysis were conducted by Archimedes method, X-ray diffraction, scanning electron microscope respectively. Mechanical tests including 3-point bending and microhardness of samples also performed.Resultes showed that the density of samples without any additive was approximately 91%, which increased to 95% by adding 5%wt BaO. XRD patterns of samples demonstrated partialy dissolution of BaO in NiFe2O4 spinel and formation of BaFe2O4 and BaFe12O19 phases that due to lower melting points, they affected the sintering process more significantly and so relative densities and bending strengths was increased to 96% and 91.5 MPa respectively. According to low hardness of formed phases rather than NiFe2O4, hardness of mentioned samples (with BaO) decreased when the additive value reached 5%wt. In samples included MgO additive, part of this additive solved in NiFe2O4 spinel and remained MgO formed MgFe2O4 that due to refractoriness of the system this additive couldn’t improved the sintering process. Therefore, in comparison of undoped samples, relative density and bending strength of samples doped with MgO reduced to 83% And 44.2 MPa Respectively. Generaly, compared results among BaO and MgO doped samples showed that MgO performance in hardness tests were reasonable than BaO doped samples, however inverse results obtained for density and 3-point bending tests.