23036

بررسي عوامل مؤثر بر سنتز مكس‌فاز تيتانيوم آلومينيوم نيتريد (Ti2AlN) به روش عمليات حرارتي

كارشناسي ارشد

سراميك

99

1399/10/8

دكتر هاجر قنبر ي - دكتر حسين سرپولكي

مواد و متالورژي

مكس فازها دسته اي از كاربيدها و نيتريدهاي لايه اي سه تايي هستند كه با فرمول عمومي Mn+1AXn شناخته مي شوند. در اين بين، مكس فاز تيتانيوم آلومينيوم نيتريد (Ti2AlN) متعلق به سري "211" به-دليل ويژگي هاي منحصربه فرد و به تبع آن، كاربردهاي بسيار مختلفي، به منظور ساخت و پوشش دهي قطعات، توجه زيادي را به خود جلب كرده است. در حال حاضر، ارائه ي روش هايي به منظور سنتز پودر اين مكس فاز در دما و زمان كمتر و با خلوص بيشتر، يكي از چالش هاي پيش رو در استفاده ي صنعتي اين تركيب است. در پژوهش حاضر از دو روش عمليات حرارتي در اتمسفر كنترل شده و انفجار حرارتي براي سنتز استفاده شده است. مواد اوليه و اتمسفر و نسبت هاي مولي متفاوت در دماهاي ℃1200، ℃1300، ℃1400 و ℃1500 براي سنتز Ti2AlN در روش عمليات حرارتي در اتمسفر كنترل شده و نسبت هاي مولي مختلف در روش انفجار حرارتي در دماي ℃750 بررسي شدند. فازهاي تشكيل شده، ريزساختار و ساختار نمونه ها توسط آناليز الگوي پراش پرتوي ايكس، ميكروسكوپ الكتروني روبشي و تبديل فوريه مادون قرمز بررسي شده اند. نتايج حاصل نشان داد كه تركيب مواد اوليه Ti:TiN:Al با نسبت مولي 5/1:1: 5/1، داراي بهترين نسبت مولي و دماي ℃1400 مناسب ترين دما براي سنتزTi2AlN به روش عمليات حرارتي كنترل شده است. در روش انفجار حرارتي نيز تركيب با نسبت مولي 5/1:1:1، نسبت به ساير نسبت هاي مولي نتايج بهتري را نشان داد. تصاوير FESEM ساختار لايه اي مربوط به مكس فازها را تأييد كرد كه بلورينگي اين فاز در روش انفجار حرارتي كمتر است. در روش عمليات حرارتي با اتمسفر كنترل شده با افزايش دما، تعداد ذرات داراي ساختار لايه اي افزايش مي يابد. در روش انفجار حرارتي ساختار لايه-اي ايجاد شده؛ اگرچه به وضوح ساختار لايه اي سنتزشده در روش عمليات حرارتي كنترل شده نيست. در بررسي آناليز طيف سنجي FTIR نيز برخي پيوندهاي مربوط به Ti-N،Al-O ، O-H و غيره در هر دو روش سنتز مشاهده شد.

1399/10/21

Investigation Of Effective Parameters On the Synthesis Of Ti2AlN Max Phase By Heat Treatment Method

12/28/2020 12:00:00 AM

MAX phases are layered ternary carbides and nitrides with general formula: Mn + 1AXn. Meanwhile, titanium aluminum nitride (Ti2AlN) max phase belonging to "211" series has attracted a lot of attention due to its unique properties and consequently many applications in various industries, for manufacturing and coating parts. Currently, providing methods to synthesize the powder of this max phase at a lower temperature and time and with greater purity is one of the challenges in the industrial use of this compound. In the present study, two methods of heat treatment in controlled atmosphere and Thermal explosion were used for synthesis. Raw materials and atmosphere and different molar ratios at temperatures of 1200℃, 1300℃, 1400℃ and 1500℃ for the synthesis of Ti2AlN were controlled by heat treatment in the atmosphere and different molar ratios were investigated by thermal explosion at 750℃. The formed phases, microstructure and structure of the samples were then investigated by X-ray diffraction analysis, scanning electron microscopy, Raman and Fourier transform spectroscopy. The results showed that the combination of Ti:TiN:Al with a molar ratio of raw materials of 1.5:1:1.5, has the best molar ratio and a temperature of 1400℃ is the most suitable temperature for the synthesis of Ti2AlN. In the method of thermal explosion, the combination with molar ratio 1:1:1.5 showed better results than other molar ratios. FESEM images also showed the layer structure related to max phases. In the controlled atmosphere heat treatment method, the number of particles with a layered structure increases with increasing temperature. In the method of thermal explosion, the layer structure is created; However, the structure of the synthesized layers is not clearly controlled by the heat treatment method. In the study of FTIR spectroscopic analysis, some bonds related to Ti-N, Al-O, O-H, etc. were observed in both synthesis methods.

مكس فاز , تيتانيوم آلومينيوم نيتريد , عمليات حرارتي , انفجار حرارتي

Max phase , Titanium Aluminum Nitride , Ti2AlN , Heat Treatment , Thermal Explosion