25743

بررسي عوامل موثر بر سنتز احتراقي كامپوزيت درجه بندي شده Ni/NiTi/TiC

كارشناسي ارشد

مهندسي مواد و متالورژي- مهندسي مواد - استخراج فلزات

1397

1400/8/29

ماندانا عادلي

سيدحسين سيدين

مهندسي مواد و متالورژي

توليد مواد جديد با خواص و كاربردهاي منحصر به فرد از جمله مواد كامپوزيت، پيشرفت در علوم مهندسي را تضمين مي كند. در ميان مختلف انواع كامپوزيت ها كامپوزيت هاي درجه بندي شده عملكردي (FGM) مورد توجه قرار گرفته اند در مطالعات اخير در اين تحقيق امكان توليد لايه اي، عملكردي وجود دارد كامپوزيت هاي Ni/NiTi/TiC درجه بندي شده با استفاده از فرآيند سنتز احتراق مورد مطالعه قرار گرفت. تأثير پارامترهاي مختلف مانند اندازه ذرات Ni و Ti و همچنين تأثير وجود لايه مياني NiTi بر تخلخل لايه هاي مختلف، ريزساختار و سختي كامپوزيت توليد شده مورد بحث قرار گرفته است. عنصري Ni و Ti پودرها همراه با گرافيت براي تهيه نمونه‌هاي 5 تايي به روش سرد پرس شدند لايه ها (با لايه مياني NiTi) يا چهار لايه (بدون لايه مياني NiTi) با تركيب شيميايي مختلف در هر لايه (از نيكل خالص تا لايه غني از TiC) و اندازه هاي مختلف دانه هاي Ni و Ti. سپس نمونه‌ها در يك دستگاه سنتز شدند كوره القايي براي انجام دماي بالا خود تكثير، درجه حرارت بالا سنتز با تحريك واكنش هاي گرمازا در لايه هاي مختلف. تجزيه و تحليل از نمونه هاي سنتز شده نشان داد كه سنتز احتراق به طور كامل انجام شده است در نمونه هاي با اندازه دانه ريز و متوسط ​​واكنش دهنده، اما با افزايش اندازه ذرات، سنتز احتراق كامل نشد و برخي از آنها واكنش نشان ندادند عناصر در نمونه ها يافت شد. پراش پرتو ايكس (XRD) و الكترون تجزيه و تحليل ميكروسكوپي (SEM-EDS) نشان داد كه فازها در اكثر نمونه ها وجود دارد Ni و TiC و همچنين فازهاي بين فلزي NiTi، Ni3Ti، Ti2Ni بودند. در درصد تخلخل در نمونه ها تحت تأثير اندازه ذرات واكنش دهنده قرار گرفت عناصر. با كاهش اندازه دانه نيكل، سرعت واكنش و در نتيجه تخلخل كاهش يافت افزايش يافت. با افزايش درصد Ni در سراسر نمونه، اندازه ذرات ذرات كاربيد تيتانيوم كاهش يافت و مورفولوژي آنها كروي تر شد. همچنين افزايش Ni در لايه هاي مختلف منجر به كاهش احتراق شد درجه حرارت در لايه هاي غني از نيكل و همچنين كاهش سختي، به طوري كه در تيتانيوم لايه غني از كاربيد، عدد سختي به 1400 ويكرز و در نيكل غني رسيد لايه، عدد سختي به حدود 300 ويكرز كاهش يافت.

1400/10/01

Investigation of effective factors on combustion synthesis of Ni / NiTi / TiC functionally graded composite

11/20/2022 12:00:00 AM

Producing new materials with unique properties and applications, including composite materials, ensures the progress in engineering sciences. Among different types of composites functionally graded composites (FGM) have received attention in recent studies. In this research, the possibility of producing layered, functionally graded Ni/NiTi/TiC composites using the combustion synthesis process was studied. The effect of various parameters such as Ni and Ti particle size as well as effect of the presence of NiTi interlayer on porosity of different layers, microstructure, and hardness of the produced composite has been discussed. Elemental Ni and Ti powders along with graphite were cold-pressed to prepare samples consisting of five layers (with NiTi intermediate layer) or four layers (without NiTi interlayer) with different chemical composition in each layer (from pure nickel to Ti + C rich layer) and different grain sizes of Ni and Ti. Then the samples were synthesized in an induction furnace to perform high temperature self-propagating, high-temperature synthesis by provoking the exothermic reactions in different layers. The analysis of the synthesized samples showed that the combustion synthesis was done completely in the samples with fine and medium grain size of reactant, but with increasing particle size, the combustion synthesis was not completed and some unreacted elements were found in the samples. X-ray diffractometry (XRD) and electron microscopy (SEM-EDS) analysis shoowed that the phases present in most samples were Ni and TiC as well as the intermetallic phases NiTi, Ni3Ti, Ti2Ni. The percentage of porosity in the samples was affected by the particle size of the reactant elements. As Ni grain size decreased, the reaction rate and consequently the porosity increased. By increasing the percentage of Ni throughout the sample, the particle size of titanium carbide particles decreased and their morphology became more spherical. Also, the increase of Ni in different layers led to a decrease in combustion temperature in Ni-rich layers and also a decrease in hardness, so that in the titanium carbide rich layer, the hardness number reached 1400 Vickers and in the Ni-rich layer, the hardness number was reduced to about 300 Vickers.