22239

تاثير افزودن منيزيم بر سنتز احتراقي آلومينايد تيتانيم از مخلوط پودري آلومينيم و تيتانيم

كارشناسي ارشد

شناسايي و انتخاب مواد مهندسي

1399

1399/3/13

دكتر منصور سلطانيه

دكتر راضيه خوشحال

مواد و متالورژي

تركيبات بين فلزي پايه TiAl به صورت وسيعي به جهت جايگزيني بالقوه براي سوپر آلياژهاي پايه نيكل مورد مطالعه قرار گرفته¬اند تا در كاربردهاي گوناگوني همچون پره¬هاي توربين در موتورهاي فضايي، توربين¬هاي ثابت و فضاپيماها مورد استفاده قرار گيرند. اين آلياژها از استحكام تسليم نسبتاً بالا در دماهاي بالا، خواص خزشي خوب، و مقاومت خوردگي/اكسيداسيون عالي برخوردارند. در سال¬هاي گذشته، تحقيقاتي به منظور دستيابي به سنتز تركيبات بين فلزي (نظير آلومينايد تيتانيم و و مواد مرتبط) انجام گرفت كه در بين آن¬ها تكنيك سنتز احتراقي خود پيش¬رونده نيز مورد توجه بود. فرآيندهاي VCS و SHS بر اصل استفاده حداكثري از انرژي واكنش شيميايي مواد (گرمازايي) براي بدست آوردن تركيبات معدني، مانند تركيبات بين فلزي، متمركز هستند. در اين تحقيق، تاثير افزودني¬ Mg بر سرعت فرآيند SHS مورد بررسي قرار گرفته است. گزارش شده است كه افزودني¬ها مي¬توانند شدت واكنش SHS را تغيير دهند. همچنين مي¬توانند به كنترل درجه تخلخل ناشي از سينترينگ نيز كمك كنند. از طرفي حضور اين افزودني مي¬تواند به بررسي بيشتر تركيبات بين فلزي TiAl در دماي پايين كمك كند. در اين آزمايش از سه درصد وزني 3، 5 و wt%Mg10 در مخلوط TiAl استفاده شد كه با نرخ گرمايش ثابت ℃⁄min5 در آن¬ها افزايش دما صورت گرفت. سپس نمونه¬هاي بعدي در دماهاي بحراني بدست آمده، تحت عمليات حرارتي قرار گرفتند. لازم به ذكر است جهت افزايش نرخ گرمايش در مرحله¬ي بعدي از مشعل اكسي استيلن در محيط خلاء جهت گرمايش استفاده شد. نتايج نشان مي¬دهد كه در نرخ پايين، افزودن منيزيم تا wt%5 باعث كاهش حدود 100 درجه¬اي دماي واكنش احتراق شده و همچنين باعث ظهورپيك جديد در دماي ℃500 نيز خواهد شد. محصولات اين واكنش تركيب¬هاي بين فلزي TiAl به همراه مقادير كم Ti₃Al هستند. عمليات حرارتي در دماي شروع پيك¬هاي واكنشي نشان داد كه نياز به زمان بيشتري جهت سنتز محصول يا محصولات است. از طرفي جهت سينترينگ واكنشي، به نرخ گرمايش بالا نياز است كه حالت بهينه در گرمايش با مشعل گاز اكسي استيلن در محفظه¬ي خلاء و حدود wt%3 منيزيم بدست آمده است.

1399/05/18

Investigating the effect of magnesium on the combustion synthesis of titanium aluminide from a mixture of aluminum and titanium powder

6/3/2021 12:00:00 AM

γ-TiAl based intermetallic alloys have been extensively studied as poten tial replacement for nickelbased superalloys in different applications such as turbine blades for air craft engines, stationary turbines, and space vehicles. These alloys have relatively high yield strength at elevated temperatures, good creep characteristics, and excellent oxidation/corrosion resistance. In combination with their low density (3.9–4.1 g⁄cm^3 ), these materials seem very attractive as high temperature structural materials for aerospace, automotive, and other applications. Over the past years, a search for new approaches to synthesis of intermetallics (including titanium aluminide and related materials) has led, among others, also to the technique of selfpropagating hightemper ature synthesis (SHS). The SHS process is based on the principle of maximum utilization of chemical energy of reacting substances(exothermicity) for obtaining inorganic compounds, such as intermetallics. The SHS method was discovered in the 1970s and some useful technologies were developed on the basis of this method, several of them with the application of mechanical pressure during the reaction. In this study, the effect of Mg additive on SHS process velocity was investigated. Additives can change the intensity of the SHS reaction. They can also help control the degree of porosity caused by sintering. In this experiment, three different percentages of Magnesium by weight of 3, 5, and 10wt% were used in the Ti-Al mixture, which was increased at a constant heating rate of 5℃⁄min. Subsequent samples were then subjected to heat treatment at critical temperatures. It should be noted that in order to increase the heating rate in the next stage, the oxyacetylene burner was used in the vacuum compartment for heating. The results show that at low heating rates, the addition of magnesium up to 5wt%, reduces the combustion reaction temperature and leads to the formation of TiAl compounds with low Ti₃Al values. Also, in thermal treatments, the results showed that we need more time to synthesize the product. On the other hand, in order to reactively sintering, we needed a high heating rate that optimum condition can be prepared by the oxyacetylene burner in a vacuum quartz shield.