فهرست مطالب

فصلنامه مواد پیشرفته در مهندسی
سال سی و یکم شماره 2 (پاییز 1391)

  • تاریخ انتشار: 1391/10/01
  • تعداد عناوین: 8
|
  • مریم مزروعی سبدانی، محمدحسین فتحی صفحات 1-11
    با وجود زیست فعالی قابل توجه سرامیک های زیست فعالی مثل هیدروکسی آپاتیت، کاربرد کلینیکی آن ها به علت خواص مکانیکی ضعیف محدود شده است. استفاده از پوشش های کامپوزیتی که خواص مکانیکی بهینه داشته باشد می تواند راه حلی برای این مشکل باشد و در این صورت، تلفیق خواص مکانیکی زیر لایه و زیست فعالی پوشش های کامپوزیتی بهینه شده می تواند دستاورد مطلوبی فراهم سازد. هدف از پژوهش حاضر، تولید و مشخصه یابی پوشش کامپوزیتی نانوساختار هیدروکسی آپاتیت-فورستریت- شیشه زیست فعال بود. روش سل- ژل به منظور تهیه نانو کامپوزیت سه تایی و شیوه پوشش دهی غوطه وری برای پوشش دادن بر زیر لایه های فولاد زنگ نزن 316 ال استفاده شد. تکنیک های آزمون پراش پرتو ایکس، میکروسکوپ الکترونی روبشی، میکروسکوپ نیروی اتمی و طیف سنجی تفکیک انرژی پرتو ایکس به منظور بررسی ریزساختار و مورفولوژی پوشش های تهیه شده مورد استفاده قرار گرفت. نتایج حاصل از آزمون پراش پرتو ایکس موید آن بود که دمای مناسب به منظور عملیات حرارتی پوشش کامپوزیتی و جلوگیری از ایجاد فازهای ثانویه اضافی، 600 درجه سانتی گراد است. در این دما، پوشش یکنواخت و عاری از ترک به خوبی به زیر لایه 316 ال متصل می شود. اندازه کریستال های تشکیل دهنده پوشش که به کمک رابطه شرر و میکروسکوپ نیروی اتمی تعیین شد، کمتر از 100 نانومتر بود. نتایج حاصل از این پژوهش نشانگر آن است که پوشش های کامپوزیتی نانوساختار تهیه شده کاندیدای مناسبی برای کاربردهای پزشکی است.
  • فرهاد شهریاری، فخرالدین اشرفی زاده، احمد ساعتچی صفحات 13-22
    تیتانیوم به علت زیست سازگاری کم نظیر و مقاومت به خوردگی در محیط های خاص شهرت دارد، با این وجود غنی سازی سطح قطعات از تیتانیوم کمتر مورد توجه قرار گرفته است. در این مقاله، پوشش نفوذی تیتانیوم به روش مخلوط پودری بر سطح سوپرآلیاژ پایه نیکلی B-1900 ایجاد شده و ریزساختار آن مشخصه یابی و تحلیل شده است. قطعات زیرلایه در مخلوطی از پودر تیتانیوم، کلرید آمونیوم و اکسید آلومینیوم قرار گرفتند و درون جعبه دربسته تا 850 یا 950 درجه سلسیوس حرارت داده شدند. لایه های آلیاژی تشکیل شده بر سطح قطعات به وسیله میکروسکوپ نوری، میکروسکوپ الکترونی روبشی، پراش سنج پرتو ایکس و طیف سنج تخلیه هاله ای نشر نوری بررسی شد. نتایج نشان داد که فازهای Ti2Ni و AlNi2Ti اجزای اصلی پوشش نفوذی هستند و بر این اساس مکانیزم تشکیل پوشش تحلیل شد.
  • مازیار پروین زاده گشتی، سیامک مرادیان، Abusaeed Rashidi، محمد اسماعیل یزدانشناس صفحات 23-37
    در این تحقیق نانوکامپوزیتهای پلی استر حاوی سه نوع نانوسیلیس به عنوان پرکننده برای تهیه به روش مذاب بکار رفت. اثر نوع و مقدار پرکننده ها بر خصوصیات مختلف نانوکامپوزیت با روش های میکروسکوپ نیروی اتمی، تجزیه گرمایی، مقاومت گرمایی-مکانیکی، میکروسکوپ الکترونی و انعکاس سطحی مورد بررسی قرار گرفت. آزمون میکروسکوپ نیروی اتمی به منظور بررسی زبری سطح کامپوزتها انجام شد که نشان داد زبری سطح بستگی به درجه آبدوستی سیلیس مورد استفاده دارد و با افزایش درجه آبدوستی زبری سطح در کامپوزیتهای پلی استر افزایش می یابد. آزمون میکروسکوپ الکترونی به منظور بررسی خواص سطح کامپوزیتها انجام شد که نشان داد تغییرات سطح بستگی به نوع سیلیس مورد استفاده دارد. نتایج آزمون گرمایی نشان داد که بر همکنش بین ذرات نانوسیلیس و زنجیرهای پلی اتیلن ترفتالات در افزایش مقاومت کامپوزیت در برابر گرما موثر است. با مشاهده طیف اسپکتروفوتومتر مرئی-ماوراء بنفش از نانوکامپوزیتهای پلی استر مشاهده شد که میزان انتشار در سطح کامپوزیتهای آبدوست سیلیس از نوع آبگریز بیشتر بوده که نشان دهنده افزایش تجمع ذرات در سطح پلی استر در مقایسه با نوعهای آبگریز است.
  • اکبر الصاق صفحات 39-51
    در سال های اخیر استفاده از روش سل- ژل، برای سنتز آزمایشگاهی و صننعتی نانو ساختار ها و به خصوص نانو ذرات سیلیسی موارد استفاده زیادی پیدا کرده است. در این تحقیق، ذرات سیلیکاتی با استفاده از روش سل- ژل سنتز شدند و خواص فیزیکی و شیمیایی آنها با استفاده از SEM مورد بررسی قرار گرفت. تاثیر اصلاح کننده های ساختاری بر اندازه و مورفولوژی نانو ذرات سنتز شده مورد سنجش قرار گرفت. همچنین، واکنش در حضور امواج التراسونیک در زمان های 10، 30 و 60 دقیقه انجام شد و تاثیر این امواج بر مراحل مختلف واکنش، توسط SEM، TEM و TGA بررسی شد. در نهایت با شرایط بهینه ذراتی کروی با اندازه 50 تا 80 نانومتر سنتز و شناسایی شد و مقادیر متفاوتی از نمک نیترات لانتانیوم شش آبه در حین واکنش تشکیل نانو ذرات، به مواد اولیه افزوده شد. سپس برای بررسی توانایی این نانو ساختار ها در رهایش کنترل شده دارو هایی مانند لانتانیومید ها، بافر شبیه سازی شده بدن،SBF تهیه شد و رهایش لانتانیومید ها در فواصل زمانی 10 دقیقه ای به مدت 80 ساعت و غلظت لانتانیومید آزاد شده توسط ICP بررسی شد. طبق نتایج به دست آمده از ICP، لانتانیومید بار گذاری شده از درون شبکه سیلیسی رها نشد. لانتانیومید های بار گذاری شده در این مزوپورها را می توان برای رادیو تراپی مخصوصا در مورد سرطان کبد مورد استفاده قرار داد.
  • آرمین سلماسی، اسکندر کشاورز علمداری صفحات 53-63
    بررسی روش ساخت و کیفیت لایه های نازک نیترید سیلیکون آمورف رسوب داده شده به روش لایه نشانی شیمیایی از فاز بخار در فشار پایین1 از مخلوط رادیکالهای آزاد تشکیل شده از سیستم گازی نیتروژن، آمونیاک و تری کلرو سیلان هدف این مقاله است. تبدیل گازهای اولیه به رادیکالهای آزاد گازی با عبور دادن آنها از روی کاتالیزور سرامیکی پلاتین ایریدیوم آلومینا در دمای 600 درجه سانتیگراد انجام شد. تغییرات سینتیک رشد لایه نسبت به تغییرات فشار کل سیستم، نسبت نرخ شارش آمونیاک به تری کلرو سیلان و دما بررسی شد. توپوگرافی و ترکیب شیمیایی لایه نازک توسط بیضی سنجی، طیف نگاری فوتو الکترون اشعه ایکس، طیف نگاری فوتو الکترون اشعه ایکس، طیف نگاری تبدیل فوریه مادون قرمز، میکروسکوپ نیروی اتمی و عمق نگاری با الکترون اوژه مورد بررسی قرار گرفت. بررسی نتایج نشان داد که در محدوده دمایی 730 تا 830 درجه سانتیگراد سینتیک رشد لایه نازک تابعی آرنیوسی با انرژی فعالسازی 3/166 کیلوژول بر مول است. آلودگی هیدروژن در لایه نازک نیترید سیلیکون آمورف 05/1 درصد اتمی اندازه گیری شد. این مقدار 17 برابر کم تر از آلودگی هیدروژن در لایه های حاصل از روش لایه نشانی شیمیایی از فاز بخار به کمک پلاسما2 و 4/3 برابر کم تر از مقدار آلودگی اندازه گیری شده در لایه های حاصل از لایه نشانی شیمیایی از فاز بخار در فشار پایین با استفاده از سیستم گازی سیلان و آمونیاک یا سیستم گازی دی کلروسیلان و آمونیاک است. تصاویر میکروسکوپ نیروی اتمی نشان داد که توپوگرافی سطحی لایه حاصل هموار و همگن است.
  • بابک بخیت، علیرضا اکبری صفحات 65-78
    پوششهای کامپوزیتی Ni-Co/SiC حاوی میکرو و نانو ذرات SiC به ترتیب با قطر متوسط μm10 و nm20 در زمینه آلیاژی Ni-Co به روش لایه نشانی الکتریکی با استفاده از الکترودهای افقی، تولید شدند. مورفولوژی سطحی، ترکیب شیمیایی، ساختار فازی، سختی و مقاومت به خوردگی پوششهای حاصل با استفاده از میکروسکپ الکترونی روبشی SEM، آنالیزگر EDX، تفرق سنجی اشعه ایکس XRD، ریزسختی سنجی و آزمونهای پلاریزاسیون به صورت تابعی از چگالی جریان لایه نشانی مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج نشان داد، پوششهای کامپوزیتی حاوی نانو ذرات نسبت به پوششهای حاوی میکرو ذرات علی رغم درصد کمتر فاز SiC، همواره سختی و مقاومت به خوردگی بالاتری دارند. مقادیر سختی بیشینه 491 و 615 ویکرز به ترتیب برای پوششهای حاوی Vol.% 2/52 میکرو ذرات و Vol.% 1/8 نانو ذرات در چگالی جریان لایه نشانی A/dm2 3 به دست آمد. نتایج براساس جزییات ساختاری مورد بررسی و تجزیه و تحلیل قرار گرفت.
  • محمد خلیلی سواد کوهی، واحد صمدی صفحات 79-87
    با توجه به تاثیر کرنش الاستیک هم سیمایی γ’-γ بر مورفولوژی، آرایش فضایی و سینتیک درشت شدن رسوبات ’γ در سوپرآلیاژهای پایه نیکل؛ در این تحقیق، مقادیر عدم انطباق γ’-γ در دو حالت کرنش دار و عاری از کرنش برای مورفولوژی های مختلف رسوبات’γ در سوپر آلیاژ پایه نیکل Inconel 738LC محاسبه شده است. مقادیر عدم انطباق کرنش دار و عاری از کرنش به ترتیب از روی الگوهای پراش اشعه X نمونه های بالک و رسوبات’γ استخراج شده الکترولیتی محاسبه شدند و با استفاده از آنها کرنش های الاستیک هم سیمایی برای مورفولوژ ی های مختلف رسوبات’γ بدست آمدند. نتایج نشان می دهند که با رشد اندازه رسوبات’γ و تغییر مورفولوژی آنها از کروی به مکعبی و سپس گل شکل و دندریتی، هم سیماییγ’-γ افت کرده و در نتیجه، کرنش الاستیک فشاری متمرکز روی رسوبات’γ کاهش می یابد.
  • مهناز فلاحتیان، حسین سرپولکی*، سید محمد میرکاظمی صفحات 89-98

    ترکیباتی با ساختار اسپینل به علت خواص ساختاری و فیزیکی منحصر به فرد همواره مورد توجه بوده اند. با مطرح شدن ساختارهای نانو و کاربردهای متعدد آنها به دلیل ایجاد خواص منحصر به فرد تلاش در تولید و سنتز نانوساختار این محصولات فزونی یافته است. در این تحقیق برای سنتز نانو اسپینل هرسینیت FeAl2O4 از نیتراتهای آلومینیم و آهن استفاده شد و از ساکاروز و پلی وینیل الکل به عنوان یک زمینه پلیمری استفاده شد. پیش ماده حاصل در دمای oC1000 در اتمسفر هوا پیش پخت شد و محصول به دست آمده در دماهای مختلف در اتمسفر احیا گرمادهی شد. نتایج پراش اشعه ایکس نشان داد که دمای تشکیل اسپینل تک فاز در این روش در حدود oC900 بوده و همچنین تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی مشخص کرد که اندازه ذرات در نمونه های کلسینه شده در حدود 30 تا 100 نانومتر است.

|
  • M. H. Fathi, M. Mazrooei Sebdani Pages 1-11
    Despite excellent bioactivity of bioactive ceramics such as hydroxyapatite, their clinical applications have been limited due to their poor mechanical properties. Using composite coatings with improved mechanical properties could be a solution to this problem. Therefore, the strength of metal substrate and the bioactivity of the improved composite coating combined could yield suitable results. The aim of this work was fabrication and characterization of hydroxyapatite-forsterite-bioactive glass nanocomposite coating. The sol-gel technique was used to prepare hydroxyapatite-forsterite-bioactive glass nanocomposite in order to coat on 316L stainless steel (SS) by deep coating technique. The X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), atomic force microscopy (AFM) and energy dispersive X-ray analysis (EDX) techniques were used to investigate the microstructure and morphology of the prepared coating. The results obtained from XRD analysis showed that the suitable temperature for calcination is 600 °C. At this temperature, the homogenous and crack-free coating could attach to the 316L SS substrate. The crystallite size of composite coatings determined via AFM was lower than 100 nm. Overall, the results obtained from this work indicate that hydroxyapatite-forsterite-bioactive glass nanocomposite coating can be a good candidate for biomedical applications.
    Keywords: Nanostructured composite coating, Hydroxyapatite, Forsterite, Bioactive glass
  • F. Shahriari, F. Ashrafizadeh, A. Saatchi Pages 13-22
    Although titanium has been recognized for its excellent bio-compatibility with human tissues and good corrosion resistance in some specific environments, little attention has been paid to the surface enrichment of the components by titanium. In this paper, titanium diffusion coating was formed on the surface of Ni-based alloy B-1900 via pack cementation technique and the microstructure of the coatings obtained was studied. Diffusion titanizing was carried out via pack cementation technique at 850 and 950 °C for 3 hours in a mixture of commercially pure titanium, Al2O3 and NH4Cl powder. Microstructure, phase composition and concentration profile of the coatings were examined using optical and electron metallography, X-ray diffraction, and glow dischargeoptical spectroscopy. The results showed that Ti2Ni and AlNi2Ti were the main constituents of the coating. The formation mechanism of the coatings was also evaluated.
    Keywords: Titanizing, Characterization, Formation mechanism, Diffusion coatings
  • M. Parvinzadeh, S. Moradian, A. Rashidi, M. E. Yazdanshenas Pages 23-37
    Polyethylene terephthalate (PET) based nanocomposites containing three differently modified silica particles were prepared by melt compounding. The influence of type and amount of nanosilica on various properties of nanocomposite was studied using atomic force microscope, thermal degradation, thermal-mechanical properties, scanning electron microscope, and reflectance spectra. AFM test was used to study the roughness of composites which indicated that the roughness is related to hydrophilicity degree of silica, increasing with an increase in hydrophilicity of particles. SEM images were studied on the surface, confirming that the surface roughness of nanocomposite depends on the type of nano-silica used. Results of thermal analysis showed that the interaction between nanosilica particle and polyethylene terephthalate chains is effective in thermal stability of composite. UVvis spectra of polyester nanocomposites indicated that the refraction of hydrophilic silica nanocomposites is more than hydrophobic one, indicating agglomeration of hydrophilic particles at the surface of nanocomposite compared with hydrophobic one.
    Keywords: Polyethylene terephthalate, Hydrophilic nanosilica, Thermal properties
  • A. Elsagh Pages 39-51
    In recent years, use of Sol-gel procedure for laboratory and industrial synthesis of Nanostructures and especially silica Nano-particles has increased. In this research, silica particles were synthesized by Sol-gel procedure and their physical properties were studied by means of Scanning Electron Microscopy (SEM), Transmission Electron Microscopy (TEM) and Thermal Gravimetric Analysis (TGA). Effect of structural modifiers on the morphology and diameter of Nano-particles was investigated. In addition, the reaction was carried out in the presence of ultrasonic waves in periods of 10, 30 and 60 minutes and the effect of these waves on different stages of reaction was studied by means of SEM. Finally, in this research, spherical particles of 50 to 80 nanometer sizes were synthesized and characterized. They can be very useful hosts for lanthanide complexes that can be used in drug delivery systems, radiotherapy, photoluminescence applications and manufacturing of special lasers. Also, different amounts of Lanthanum Nitrate hexahydrate were added to the mixture during the creation of Nano-particles. Then, Simulated Body Fluid (SBF) was produced for the study of ability of the Nanostructures in regulated delivery of drugs such as Lanthanides, and releasing of Lanthanides in 10 minute periods for 80 h was studied. Lanthanide concentration in SBF was also studied by means of Inductively Coupled Plasma (ICP). According to the results of ICP, loaded Lanthanide was not released from the silica network. Loaded Lanthanides in the mesopores can be used in radiation, especially in cases of liver cancer.
    Keywords: Silica, Modifier, Sol, gel, Morphology, Ultrasonic waves
  • A. Salmasi, E. Keshavarz Alamdari Pages 53-63
    In this paper, preparation and characterization of a-SiNx thin films deposited by LPCVD method from free radicals of TCS and NH3 gaseous system were investigated. These radicals are made by passing each of the precursor gases separately over Pt-Ir/Al2O3 catalyst at the temperature of 600 C. Kinetics of this process was investigated at different total pressures, NH3/TCS flow rate ratios and temperatures. Surface topography and chemical concentrations were studied by Ellipsometry, XXPS, AFM and ADP. Our analyses of the performed experiments indicated that at the temperatures between 730 C and 830 C, the growth rate of thin films follows an Arrhenius behavior with activation energy of 166.3 KJ.mol-1. The measured H2 contamination in a-SiNx thin films is 1.05 at%, which is 17 times lower than the corresponding contamination in the films produced by PECVD and 3.4 times lower than the contamination in the LPCVD thin films with SiH4 or DCS and NH3. The created surface topography of the prepared films is smooth and uniform.
    Keywords: Gaseous free radicals, Pt, Ir, Al2O3 catalyst, a, SiNx, TCS, LPCVD
  • B. Bakhit, A. Akbari Pages 65-78
    Composite and nanocomposite Ni-Co/SiC coatings were synthesized by electro-codeposition of micro and nano-sized SiC particles with average diameter of 10μm and 20nm using horizontal electrodes. Surface morphology, chemical composition, phase composition, hardness and corrosion resistance of the deposited coatings were studied using SEM observations and EDX, XRD, microhardness and polarization measurements as a function of the electrodeposition current density. The results indicated that the nanocomposite coatings exhibit higher hardness and corrosion resistance compared with the composite coatings containing micro-sized SiC particles despite their lower percentage of the SiC content. The maximum hardness values of 615HV and 490HV were obtained for nanocomposite and composite coatings deposited at current density of 3A/dm2. The observed properties were discussed based on the structural details.
    Keywords: Composite coatings, Nanocomposite coatings, Ni, Co, SiC, Electrodeposition, Microhardness, Corrosion resistance
  • M. Khalili Savadkoohi, A. Samadi Pages 79-87
    Coherency elastic strain between γ and γ′ is one of the effective factors which affect the morphology,spatial re-arrangement and coarsening kinetics of γ′ precipitates in nickel-base superalloys. using X-ray diffraction (XRD) technique, the γ-γ′ constrained and unconstrained lattice misfits were calculated for different morphologies of the γ′ precipitates in Inconel 738LC nickel-base superalloy. The constrained and unconstrained misfits, hence the coherency elastic strains of different morphologies of the γ′ precipitates were calculated from the XRD patterns of the bulk sample and electrolytically extracted γ′ precipitates, respectively.According to the results, as the sizes of the γ′ particles increased the γ-γ′ coherency as well as the compressive strain of the γ′ precipitates was reduced and consequently their morphology changed from spherical to cubic, then flowerlike,and finally dendritic shapes.
    Keywords: Nickel, base superalloy, Coherency, Constrained misfit, Unconstrained misfit, Elastic strain, Morphology, X-ray diffraction
  • M. Falahatian, H. Sarpoolaky, S. M. Mirkazemi Pages 89-98

    The materials with spinel structures are important for their unique structural and physical properties. In the current research, nanocrystalline hercynite was synthesized using metal nitrates and a polymer matrix precursor composed of sucrose and polyvinyl alcohol (PVA) via sol-gel process. The gel was dried and then the precursor was preheated at1000oC in the air atmosphere and then calcined at different temperatures in the reducing atmosphere in the graphite bed. The preheated and calcined powders were characterized using simultaneous thermal analysis,X-ray diffraction (XRD) and field emission scanning electron microscopy(SEM). Results showed that fully crystalline hercynite was detected in the sample calcined at 900oC. The crystal size of hercynite was different at each calcination temperature, ranging from 30 to100nm.VSM analysis indicated that hercynite is a paramagnetic material.

    Keywords: Hercynite, Sucrose, Synthesis, Nanomaterial