نشریه فرآیندهای نوین در مهندسی مواد
پیاپی 31 (زمستان 1393)

هدف از انجام این تحقیق، بررسی قابلیت تولید نانولوله های کربنی و نانوالیاف کربنی از طریق سنتز احتراقی خودپیشرونده دما بالااست. همچنین فاکتورهای موثر بر قابلیت سنتز نانولوله ها و نانوالیاف کربنی از جمله سرعت پیشرفت واکنش و دمای آدیاباتیک نیز بررسی شده است. به این منظور ترکیبات C-Al-Fe2O3 با مقادیر متفاوت کربن فعال در حضور اتمسفر گاز آرگون تحت فرایند سنتز احتراقی قرار می گیرند. تجهیزات مورد استفاده در بررسی نتایج این واکنش، شامل میکروسکوپ الکترونی عبوری، میکروسکوپ الکترونی روبشی و پراش اشعه ایکس می باشد. میکروسکوپ های الکترونی روبشی و عبوری جهت مطالعه مورفولوژی و پراش اشعه ایکس به منظور مطالعه فازها به کار گرفته شدند. نتایج بدست آمده از ارزیابی میکروسکوپ های الکترونی، نشانگر تشکیل نانولوله ها و نانوالیاف کربنی با مکانیزم رشد از نوک در نمونه C-Al-Fe2O3 با 5% وزنی کربن فعال است. مشخص گردید که در پودرهای با مقادیر کربن فعال کمتر از 10% وزنی، کربن فعال به عنوان منبع کربنی عمل نموده و قابلیت تشکیل نانولوله و نانوالیاف کربنی در حضور نانو ذرات آهن احیاء شده از واکنش سنتز احتراقی را از خود نشان می دهد.

در این مقاله، نانوذرات ZnS:Mn با کیفیت بالا از طریق سیستم چهار جزئی میکروامولسیون W/O با مقادیر متفاوت منیزیم برای تعیین بهترین غلظت، سنتز شدند. سیکلوهگزان1 به عنوان روغن، ترایتن-ایکس1002 به عنوان پایدارکننده، ان-هگزانول3 به عنوان کمک پایدارکننده و مرکاپتواتانول4 و تیوگلیکولیک اسید5 به عنوان عوامل اتصال استفاده شدند. این ترکیب ها با ایجاد پیوند با سطح نانو کریستال، از ایجاد پیوند بین آنها و ذرات دیگر جلوگیری می کنند. برای آنالیزهای کیفی و کمی ذرات از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM)، پراش پرتو ایکس (XRD) و طیف سنجی پراش انرژی پرتو ایکس (EDS) استفاده شد. نتایج نشان داد که با کاهش اندازه ذرات، گسیل به سمت طول موج های کمتر جابجا می شود. به علاوه، با اتصال آویدین و بیوتین با مرکاپتواتانول در محیط بیولوژیکی، طیف گسیل کاهش می یابد.

در این پژوهش ورق هایی از جنس آلیاژ آلومینیوم 5086 با روش جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی به یکدیگر متصل شدند. از سه منطقه ناحیه دکمه جوش (WNZ)، ناحیه متاثر از جوش HAZ)) و فلز پایه (PM) نمونه برداری گردید و رفتار خوردگی این مناطق در محلول هوادار 5/3 درصد وزنی سدیم کلراید و با روش پلاریزاسیون پتانسیو دینامیک و طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی (EIS) مورد مطالعه قرار گرفت. ریز ساختار نواحی جوش و مورفولوژی سطوح خورده شده نیز توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) به همراه آنالیز کمی EDS مورد آنالیز قرار گرفت. نتایج نشان داد که سه نوع رسوب شامل Al-Fe-Mn-(Cr)، Al-Mg-Si و Al-Mg در فلز پایه شناسایی شد بطوری که بعد از جوشکاری، فقط رسوبات Al-Fe-Mn-(Cr) و Al-Mg-Si در ناحیه دکمه جوش شناسایی گردید. بیشترین دانسیته جریان خوردگی مربوط به فلز پایه می باشد و نواحی متاثر از حرارت و دکمه جوش از مقاومت به خوردگی بهتری نسبت به فلز پایه برخوردار می باشند. دو نوع فرآیند خوردگی موضعی در مناطق خورده شده در هر سه ناحیه جوش شامل خوردگی موضعی قلیایی به همراه خوردگی حفره ای با حفره های کریستالوگرافی (بلور شناسی) مشخص شد.

آلیاژ آلومینیوم 8090 جزء آلیاژهای Al-Li می باشد که امروزه به دلیل چگالی پائین و استحکام بالا در اثر انجام عملیات حرارتی، کاربردهای زیادی در صنایع هوافضا پیدا کرده است. در این پژوهش کامپوزیت پایه ی این آلیاژ مقاوم شده با 6% ذرات کاربید سیلیسیم به روش اصلاح شده ی گردابی تولید گردیده و سپس مورد عملیات اکستروژن قرار گرفت. از میله ی اکسترود شده نمونه های سایشی از مابقی آن طی فرایند نورد گرم، تسمه هایی به ضخامت 2 میلیمتر تهیه شد. در ادامه عملیات حرارتی رسوب سختی (T6) در دمای 190 درجه سانتیگراد با گرمایش معمولی، حرارت دهی سریع در کوره مادون قرمز و همینطور پیرسازی پس از کوئنچ جهت دار بر روی آنها صورت پذیرفت. سپس سختی سنجی در زمانهای مختلف، آزمون کشش و سایش در زمان مربوط به پیک سختی انجام شد. نتایج خواص مکانیکی نشان داد که رسوب سختی پس ازکوئنچ جهت دار نسبت به پیرسازی معمولی، زمان رسیدن به بیشینه سختی را از 16 ساعت به 6 ساعت کاهش داده، میزان بیشینه سختی را تا 20 درصد افزایش داده، میزان استحکام کششی نهایی، تنش تسلیم و درصد ازدیاد طول در پیک سختی را به ترتیب تا 16، 16 و 40 درصد افزایش داده است. از نتایج مربوط به آزمون سایش نیز مشخص گردید که در بار 10 نیوتن سایش خراشان، مکانیزم حاکم بوده و نوع عملیات حرارتی تاثیر چندانی بر نرخ سایش نداشت. با افزایش بار سایشی آثار ورقه ای شدن ملاحظه گردید که در بار اعمالی 30 نیوتن به دلیل تغییر مکانیزم سایش به نوع چسبان، یک انتقال از سایش ملایم به شدید پدید آمد. در بار اعمالی 30 نیوتن نمونه ی تحت عملیات رسوب سختی پس از کوئنچ جهت دار نرخ سایش کمتری را نسبت به نمونه های تحت انواع دیگر عملیات حرارتی اعمالی نشان داد.

در این تحقیق تولید نانوکامپوزیت سرامیکی حاصل از دو پیوند دهنده اکسی کلرید منیزیم (سورل) و تری پلی فسفات سدیم و اکسید روی به همراه نانوسیلیس به روش ریخته گری جرمی مورد مطالعه قرار گرفت. برای مشخصه یابی محصول کامپوزیتی تولید شده از آنالیز پراش پرتو ایکس (XRD) و جهت بررسی ریز ساختار و تایید فازهای تشکیل شده از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) مجهز به آنالیز EDX استفاده گردید. نتایج نشان داد که با افزایش تری پلی فسفات سدیم و اکسید روی، استحکام و درصد انحلال در آب، درصد جذب آب و درصد تخلخل روند کاهشی داشته است. با افزودن نانوسیلیس به زمینه کامپوزیت استحکام و خواص فیزیکی بهبود یافت. بالاترین استحکام در 1 درصد نانوسیلیس همراه با 2 درصد وزنی افزودنی های تری پلی فسفات سدیم و اکسید روی به دست آمد که افزایش استحکام حدود 50 درصد نسبت به سیمان سورل پایه بود. بهترین انحلال در آب در نمونه شامل 5/1 درصد نانوسیلیس همراه با 2 درصد وزنی افزودنی های تری پلی فسفات سدیم و اکسید روی حاصل گردید.

فولاد کروم تنگستن با ترکیب آلیاژی و عملیات حرارتی معین در معرض تابش پرتوهای یونی آرگون و آلفا قرار گرفت. به کمک میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM)، متوسط زبری سطح قبل و بعد از پرتودهی بررسی شد. برای بررسی تغییرات در پارامترهای بلوری قبل و بعد از پرتودهی از پراش اشعه ایکس (XRD) استفاده گردید. همچنین سختی فولاد قبل و بعد از پرتودهی به وسیله دستگاه میکروسختی اندازه گیری شد. نتایج نشان داد در اثر پرتودهی با پرتو آلفا، متوسط زبری سطح از 75/20 به 16 نانومتر کاهش یافته و همچنین هر دو نوع پرتودهی پارامترهای بلوری فولاد را به میزان کمی تغییر دادند. مشخص گردید که سختی نمونه نیز بعد از تابش پرتو یونی آرگون و آلفا به ترتیب 34 و 18 ویکرز افزایش پیدا کرده است. تغییر نه چندان زیاد خصوصیات سطح توسط پرتودهی حاکی از مقاومت خوب این فولاد به پرتودهی در مقایسه با دیگر ترکیبات آلیاژی است.

در این پژوهش اثر انجام فرایند اکستروژن داغ بر خواص و ریز ساختار کامپوزیت آلومینیومA-356 بررسی شد. برای ساخت کامپوزیت به روش ریخته گری گردابی، ذرات کاربید بور با قطر میانگین nm300، به مقدار 3 درصد وزنی در مذاب آلومینیومA-356، در دمای ̊C850 به مدت 15 دقیقه مخلوط و سپس در قالب فولادی ریخته گری شد. عملیات اکستروژن داغ در دمای ̊C350 بر نمونه ها با نسبت 1:9 انجام گرفت. نتایج نشان داد بیشینه استحکام کششی نمونه کامپوزیتی اکسترود شده برابر با MPa309 است که نسبت به نمونه کامپوزیتی قبل از عملیات اکستروژن داغ ٪ 74 و نسبت به نمونه آلومینیومی ریختگی فاقد ذرات تقویت کننده، حدود دو برابر افزایش یافته است. هم چنین بررسی ها نشان داد که عملیات اکستروژن داغ باعث می شود که نوع شکست نمونه ها بیشتر به نوع شکست نرم نزدیک شود.

کاربید سیلسیم مزوحفره با سطح ویژه بالا از پیش سازه نانوکامپوزیت MCM-48 / پلی اکریل آمید، در محدوده دمایی oC 600-550 با استفاده از فرآیند احیای منیزیوترمال نانو کامپوزیت C / MCM-48 سنتز شد. نانوکامپوزیتMCM-48 / پلی اکریل آمید به روش پلیمریزاسیون درجا تهیه شد. خواص فیزیکی-شیمیایی و میکرو ساختاری پیش سازه و پودر SiC توسط تکنیک هایی همچون XRD، TEM،DSC- TGA و ایزوترم جذب/ واجذب نیتروژن مشخصه یابی شدند. نتایج نشان داد، پودر SiC حاصل به صورت مزوحفره و با سطح ویژه حدودm2/g 330 می باشد. حضور پیک گرمازا در گراف DSC، نشان دهنده ی فرآیند خوداحتراق سنتز منیزیوترمال SiC می باشد. همچنین نتایج نشان داد، کربن علاوه بر تشکیل فاز SiC می تواند در احیای سیلیکا نیز نقش داشته باشد.

در تحقیق حاضر از روش ریخته گری گردابی و اعمال ارتعاشات مکانیکی روی قالب در حین ریخته گری، جهت تولید و بررسی نقش ارتعاش بر خواص مکانیکی کامپوزیت Al-SiCp استفاده شد. بدین منظور ابتدا شمش های زمینه آلومینیومی تقویت شده با مقادیر متفاوت فاز تقویت کننده SiCp (mμ 10≈ daverage و Vol% 15، 10، 5) به روش ریخته گری گردابی تهیه و سپس ذوب مجدد گردید و در ادامه در دو حالت ساکن و مرتعش شده با فرکانس های Hz 35، 25 و 15در قالب فلزی ریخته گری شد. نتایج نشان داد که در تمامی نمونه ها، با افزایش کسر حجمی فاز تقویت کننده، تنش تسلیم و سختی افزایش می یابد. همچنین استفاده از ارتعاشات مکانیکی بر روی قالب مذاب، در محدوده خاصی از فرکانس (Hz25)، توزیع یکنواخت تر ذرات در زمینه و در نتیجه افزایش تنش تسلیم (بیش از 100%) و سختی (بیش از 200%) را به همراه داشته است.

نیتروژن دهی پلاسمایی، عملیاتی ترموشیمیایی است که علاوه بر بهبود خواص سطحی باعث تغییر ترکیب شیمیایی لایه های سمنتیت می شود. در این تحقیق احتمال حذف یا شکسته شدن لایه های سمنتیت در اثر نفوذ نیتروژن به داخل فولاد CK45 مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور در ابتدا نمونه های تهیه شده از این فولاد تحت عملیات حرارتی آنیل در دماهای 800، 820، 840، 860، 880 و 900 درجه سانتی گراد قرار گرفته و سپس با استفاده از پلاسمای DC، نیتروژن دهی شدند. نمونه های متالوگرافی شده با استفاده از میکروسکوپ نوری، میکروسکوپ الکترونی روبشی و آنالیز پراش X مورد مطالعه ریزساختاری قرار گرفتند. ازطرفی، فازهای پایدار تشکیل شده در حین نیتروژن دهی پلاسمایی با استفاده از محاسبات ترمودینامیکی تعیین شدند. نتایج حاصل از محاسبات ترمودینامیکی، نتایج تجربی را تایید کرده و نشان می دهند که نفوذ نیتروژن به لایه های سمنتیت باعث شکست این لایه ها و تبدیل آنها به (Fe4N) ́γ می شود.

پودر نانو اکسید منیزیم با استفاده از نیترات منیزیم شش آبه و اسید اگزالیک بعنوان مواد اولیه و اتانول بعنوان حلال سنتز شده است. این فرایند شامل تشکیل ژل و خشک کردن آن در °C 100 به مدت 24 ساعت برای تشکیل اگزالات منیزیم دو آبه و تجزیه شدن آن در دمای°C600 به مدت 2 ساعت برای تشکیل نانو پودر منیزیا می باشد. جهت بررسی اثر نانو پودر سنتز شده بر خواص آلومینا مقدار 5/0، 3/0، 1/0 درصد وزنی از آن به آلومینا اضافه گردید. نمونه های تهیه شده در دمای °C1570 به مدت چهار ساعت تحت اتمسفر آرگون زینتر گردیدند. جهت بررسی اثر دما بر خواص فیزیکی آلومینا، ترکیب آلومینا حاوی 1/0 درصد منیزیا در محدوده دمایی°C 1650-1500تحت اتمسفر ارگون به مدت 4 ساعت زینتر گردید. مشاهدات ریزساختاری توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی و عبوری ارزیابی و دانسیته نمونه ها توسط روش ارشمیدس محاسبه گردید. مشخص گردید که با افزایش درصد منیزیا فاز اسپینل در ساختار آلومینا تشکیل شده و در طی فرایند زینترینگ به مرز دانه ها نفوذ کرده و باعث قفل شدن مرز دانه ها و درنتیجه کاهش اندازه دانه می شود. این کاهش اندازه دانه باعث بهبود خواص فیزیکی آلومینای زینتر شده میگردد.

بتن ها غالبا به وسیله میلگرد های فولادی برای افزایش استحکام مسلح می شوند. خوردگی این میلگردها یکی از مهم ترین عوامل تخریب سازه های بتنی است. یکی از روش های مناسب جهت جلوگیری از خوردگی آرماتورها و بهبود خواص مکانیکی بتن، افزودن مواد مختلف برای کاهش نفوذ یون های مخرب در بتن است. در این تحقیق، الیاف پلی استر و نانو سیلیس بعنوان ماده افزودنی در ساخت بتن استفاده شد. میزان مقاومت به خوردگی آرماتور فولادی بتن در درصدهای متفاوت مواد افزودنی در محلول 5% سدیم کلرید به روش امپدانس الکتروشیمیایی بررسی شد. نتایج نشان داد که با افزودن الیاف پلی استر تا میزان 3% و نانو سیلیس تا 4% مقاومت در برابر انتقال بار به شدت افزایش یافته و خوردگی آرماتور کاهش می یابد.