18673

۱۸۶۷۳

توليد آلياژ كبالت-كروم به روش آلياژسازي مكانيكي از اكسيدهاي كبالت و كروم

كارشناسي ارشد

انتخاب و شناسايي و انتخاب مواد فلزي

اسفند ۱۳۹۶

دكتر مسعود گودرزي

مواد و متالورژي

در پروژة حاضر از فرآيند آلياژسازي مكانيكي (MA) با توجه به ويژگي¬هاي منحصربه‌فرد آن(هزينه پايين، قابليت انجام در دماي محيط ، عدم نياز به فعال¬سازي حرارتي و توزيع يكنواخت ذرات تقويت كننده) و نيز نقطه ذوب بالاي آلياژهاي پايه كبالت، به‌منظور توليد آلياژ كبالت-كروم استفاده شده است. در اين پژوهش، آزمايش¬ها در چهار بخش كلي انجام گرفت كه در تمام اين مراحل فرآيند آسياكاري توسط يك آسياي گلوله-اي پرانرژي از نوع فست ميل با نسبت گلوله به پودر15:1، سرعت rpm 400 در دما و اتمسفر محيط انجام گرفت. سپس محصول‌هاي به‌دست‌آمده از فعال¬سازي مكانيكي به‌وسيله¬ي پراش پرتوايكس (XRD) و ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) مورد مطالعه قرار گرفتند. در بخش اول احياء مكانوشيميايي اكسيد كبالت به همراه گرافيت مورد بررسي قرار گرفت. نتايج آناليز XRD نشان داد كه واكنش احياء در مدت 72 ساعت آسياكاري رخ نداده است. به دليل احياء نشدن اكسيد كبالت در بخش دوم آزمايش¬ها نسبت¬هاي مختلفي از پودر آلومينيوم به مخلوط پودري اضافه گرديد. نتايج XRD و SEM نشان داد كه درنتيجه آسياكاري به مدت 36 ساعت در حضور"3" /"4" مقدار موازنه¬اي Al احياي مكانوشيميايي به‌طور كامل انجام شده است. در بخش سوم آزمايش‌ها احياء هم¬زمان اكسيد كبالت و اكسيد كروم به همراه گرافيت و"3" /"4" مقدار موازنه¬اي Al خالص با تركيب هدف Co-20%Cr مورد بررسي قرار گرفت. نتايج XRD نشان داد كه در نتيجة 12 ساعت آسياكاري مكانيكي واكنش‌هاي احياء به‌طور كامل انجام مي‌شوند به‌طوري‌كه پيك‌هاي مربوط به مواد اوليه به‌طور كامل حذف گرديد و پيك‌هاي كبالت، كروم و آلومينا ظاهر مي‌گردند. مشاهده شد كه با افزايش زمان آسياكاري تا 36 ساعت اندازة ذرات و آگلومره¬هاي ايجاد شده كاهش يافته است. بررسي محصول‌هاي توليدشده توسط SEM نشان داد كه كامپوزيت زمينه Co-Cr با ذره‌هايي از α-Al2O3 تشكيل‌شده است. همچنين در اين بخش تأثير مقادير مختلف كربن بر محصول توليدشده مورد بررسي قرار گرفت. نتايج نشان داد كه گرافيت به‌عنوان PCA عمل مي¬كند و مانع چسبيدن ذرات به يكديگر مي¬شود. در بخش چهارم از پژوهش¬ها، احياء هم‌زمان اكسيد كبالت و اكسيد كروم در حضور Al و بدون گرافيت مورد بررسي قرار گرفت. در اين بخش مشكل چسبيدن مواد به محفظة آسياكاري و ايجاد كلوخه¬هاي به¬ وجود آمد كه به ترتيب با افزودن 1% وزني كل شارژ گرافيت و 1-3% وزني كل شارژ پودر اسيد استئاريك به‌عنوان PCA نيز اين مشكل برطرف نگرديد. واژه‌هاي كليدي: آلياژسازي مكانيكي، احياء مكانوشيميايي، احياء هم‌زمان اكسيد كبالت و گرافيت، آلياژ Co-Cr، آلومينوترمي اكسيد كبالت و اكسيد كروم

1397/01/27

4/16/2018 12:00:00 AM

In the present study, mechanical alloying process was used to produce Co-Cr alloy due to its unique properties and high melting point of Co-based alloys. In this investigation, the experiments were done in 4 general sections that at all of them, the milling process was carried out by a high energy ball mill with the ratio of ball to powder of 15:1 and with the speed of 400 rpm at room temperature and atmosphere. Then the products of mechanical activation were analyzed by X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscope (SEM). At first stage, mechanochemical activation of cobalt oxide with graphite was studied. Results of XRD showed that within 72 hours of activation, reduction reaction did not occurred. Because of, not reducing cobalt oxide at the second stage, different Al stoichiometric values were added to the powder mixture. Results of XRD and SEM showed that during mechanical activation, the reduction was completed after 36 hours and when 3/4 times of Al stoichiometric value was added. At the third stage of experiments, simultaneous reductions of Co and Cr oxides with graphite and 3/4 times of pure Al stoichiometric value to produce Co-20%Cr was investigated. XRD results indicated that after 12 hours of mechanical milling, reduction reactions were completed so that picks of primary materials were totally removed and picks of Co, Cr and Alumina were appeared. It was observed that an increase in milling time to 36 hours causes a decrease in the size of producing particles and agglomerates. Studying the products by sem showed that Co-Cr alloy was formed with alpha-Al2O3 particles. Also, in this section, the effect of different amounts of carbon on the products was investigated. Results showed that graphite acts as PCA and prevents particles from sticking together. in the last section, simultaneous reductions of Co and Cr oxides was studied in the presence of Al and absence of graphite. In this stage, we encountered the problems such as sticking of materials to the milling container and formation of small clogs that adding 1 weight percent of graphite charge and 1-3 weight percent of the total charge of stearic acid powder as PCA respectively didn't solve the above problems. Keywords: Mechanical alloying, Mechanochemical Reduction, Simultaneous reduction of cobalt and chromium oxides, Co-Cr alloy, Aluminothermic of cobalt and chromium oxides