16971

16971

توليد آلياژ‏هاي نانوكريستالي مس- تانتالم به روش آلياژسازي مكانيكي و بررسي خواص آن‌ها پس از تف‏جوشي

كارشناسي ارشد

مهندسي نانوفناوري - نانومواد

تير‏ماه 1395

دكتر روح اله رحماني فرد - دكتر محسن اسدي اسدآباد

فناوري هاي نوين

چكيده در پژوهش حاضر با بهره¬گيري از ظرفيت مس در بهبود خواص فيزيكي، و ساختار نانومتري آن در بهبود خواص مكانيكي، و نيز استفاده از عنصر ثانويه‏ي تانتالم در راستاي افزايش خواص مكانيكي و پايداري حرارتي، تلاش شد تا آلياژ‏هاي نانوكريستالي مس- تانتالم با پايداري حرارتي، ميزان رسانايي و سختي مناسب توليد شوند. بدين منظور اثر عامل كنترل‏كننده‏ي فرآيند، ميزان تانتالم و اندازه گلوله‏هاي آسيا بر آسياكاري پودرها بررسي شد، سپس اثر اتمسفر، دما و روش¬ تف‏جوشي بر توليد قرص‏ها، براي دستيابي به ميزان رسانايي و سختي بهتر براي نمونه¬هاي مختلف مورد بررسي قرار گرفت. در اين راستا از فرآيند آلياژسازي مكانيكي با استفاده از آسياي گلوله‏اي- سياره‏اي براي توليد پودرهاي نانوكريستالي استفاده شد. پس از فرآيند توليد پودر، بررسي مورفولوژي و اندازه ذرات پودر، به‏وسيله‏ي SEM، و ريزساختار و اندازه¬ي كريستاليت¬ها به‏وسيله‏ي XRD و TEM صورت گرفت. از نمونه‏ي آسياكاري شده با گلوله‏هاي مخلوط، حاوي %5 اتمي تانتالم، آزمون DSC گرفته شد، با توجه به الگوي DSC، دماهاي 550، 700 و ℃850 براي تف‏جوشي انتخاب شدند. تف‏جوشي در شرايط اتمسفرهاي نيتروژن، آرگون و خلأ براي همه‏ي نمونه‏ها در دماي ℃550 انجام شد، با توجه به آزمون¬هاي سنجش خواص الكتريكي و ريزسختي روي نمونه¬ها ديده شد كه شرايط خلأ مجموعه خواص بهتري را براي هر نمونه ارائه مي‏دهد، لذا در دماهاي 700 و ℃850 نيز تف‏جوشي در شرايط خلأ انجام شد. تف‏جوشي در دماي ℃850 نسبت به دو دماي ديگر براي هر نمونه مجموعه خواص بهتري را نشان داد، بنابراين همين دما براي تف‏جوشي قوس پلاسما انتخاب شد. بررسي الگوي XRD نشان داد كه توليد پودر نانوكريستالي نمونه‏ي آسياكاري شده با گلوله‏هاي مخلوط، حاوي %5 اتمي تانتالم كوچك‌ترين اندازه كريستاليت‏ها را در بين همه‏ي نمونه‏ها دارد (12 نانومتر)، در ضمن روش تف‏جوشي قوس پلاسما در دماي ℃850 نيز براي اين نمونه بيشترين ميزان رسانايي الكتريكي (IACS %5/35) و حرارتي (w/mK 05/139)، و همچنين بيشترين ميزان ريزسختي (HV 9/220) را نسبت به ديگر نمونه‏هاي مس- تانتالم و همچنين نمونه‏ي مس خالص آسياكاري شده نشان داد، در ضمن اندازه كريستاليت‏هاي اين نمونه با وجود تف‏جوشي در دماي ℃850 در ابعاد نانومتري باقي ماند (41 نانومتر) كه اين امر نشان دهنده‏ي پايداري بالاي حرارتي نمونه‏ي مذكور است. واژگان كليدي: آلياژ‏هاي نانوكريستالي مس- تانتالم ، آلياژسازي مكانيكي، تف‏جوشي قوس پلاسما، پايداري حرارتي

1396/01/15

1/1/1900 12:00:00 AM

Abstract: In the present research by using the Copper capacity to improve the physical properties, an​d its nanometric structure to improve mechanical properties, an​d also using Tantalum as the secondary element to increase the mechanical properties an​d thermal stability, we tried to produce the Nanocrystalline Copper-Tantalum alloys with an adequate conductivity an​d hardness, an​d a high thermal stability. For this purpose the effect of the Process Control Agent, amount of Tantalum an​d size of balls on milling of powders were investigated, then the effect of atmosphere, temperature an​d method of sintering were investigated to produce tablets to achieve an even better conductivity an​d hardness. In this regard, the Mechanical Alloying process was used to produce Nanocrystalline powders using planetary ball mill. After powder production process, the morphology an​d particle size of powders were examined by means of SEM, as well as microstructure an​d crystallites size by XRD an​d TEM. DSC test was taken for the sample milled with the mix balls, containing 5 atomic % tantalum. According to the DSC graph, temperatures of 550, 700 an​d 850℃ were selected for sintering. Sintering was performed in the atmospheres of Nitrogen, Argon an​d Vacuum for all samples at the temperature of 550℃, according to the measurement of electrical an​d microhardness properties for all samples it was observed that Vacuum condition indicates better properties for all samples, therefore sintering was done at the temperatures of 700 an​d 850℃ in the Vacuum. Sintering at the temperature of 850℃ showed better properties than other two temperatures for all samples, therefore this temperature was chosen for Spark Plasma Sintering. Analysis of XRD pattern showed that production of nanocrystalline samples, milled with mixed balls, containing 5% atomic tantalum, has the smallest crystallite size among all the samples (12 nm), In addition Spark Plasma Sintering method at the temperature of 850℃ was used for this sample showing the highest electrical (35.5 % IACS) an​d thermal (139.05 W/mK) conductivity, as well as the most microhardness (220.9 HV) in comparison to other Copper-Tantalum samples an​d also milled pure Copper, Meanwhile the crystallite size of this sample remained in the nanometeric scale (41 nm) despite the Sintering at the temperature of 850℃, which represents the high thermal stability of the aforementioned sample. Keywords: Nanocrystalline Copper-Tantalum alloys, Mechanical Alloying, Spark Plasma Sintering, Thermal Stability