فهرست مطالب

مواد و فناوری های پیشرفته - سال چهارم شماره 2 (تابستان 1394)

مجله مواد و فناوری های پیشرفته
سال چهارم شماره 2 (تابستان 1394)

  • تاریخ انتشار: 1394/07/01
  • تعداد عناوین: 8
|
  • سعید اکبرزاده گرگانیان، سعیدرضا الله کرم، حسن فرهنگی صفحات 1-9
    پوشش آلیاژی روی- قلع کاربرد فراوانی دارد، زیرا این پوشش باعث بهبود خواص مختلف مانند لحیم کاری و انعطاف پذیری می شود. در این تحقیق تاثیر دانسیته جریان، دما و pH حمام آبکاری بر روی راندمان جریان کاتدی و ساختار پوشش مورد بررسی قرار گرفت. پوشش روی- قلع بر روی فولاد از الکترولیت اسیدی در شرایط عملی مختلف به دست آمد. ساختار پوشش های به دست آمده، با دستگاه میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) مجهز به آنالیز (EDS) مورد ارزیابی قرار گرفت. آزمایش میکروسختی هم بر روی سطح پوشش و هم بر روی سطح مقطع آن انجام شد. نتایج نشان داد با افزایش دانسیته جریان تا mA/cm2 4، کاهش اندازه ذرات، افزایش راندمان جریان کاتدی و پس از آن با افزایش دانسیته جریان تا mA/cm2 10، کاهش راندمان جریان کاتدی مشاهده گردید. به اضافه این که با افزایش دما مورفولوژی پوشش به دانه هایی درشت تبدیل شد و محتوای روی پوشش کاهش یافت و همین طور با افزایش pH تغییرات محتوای روی پوشش ها به صورت صعودی- نزولی است. نتایج تست سختی نشان داد که پوشش آلیاژی روی- قلع با افزایش یون روی تا مقدار wt.% 72، موجب افزایش سختی پوشش می شود.
    کلیدواژگان: آبکاری روی، قلع، پارامتر های آبکاری، راندمان جریان کاتدی، تست سختی سنجی
  • اثر روش سنتز بر میکروساختار و خواص دی الکتریک پیزوسرامیک بدون سرب (K0.44Na0.52Li0.04)(Ta0.1Sb0.06Nb0.84)O3
    محمدعلی بهره ور، مهدی دلشاد چرمهینی، محمدرضا رحیمی پور، هومان شکرالهی صفحات 11-17
    در این تحقیق پودرهای پیزوسرامیکی بدون سرب (K0.44Na0.52Li0.04)(Ta0.1Sb0.06Nb0.84)O3 به دو روش سرامیکی سنتی و پوشش دهی کلوییدی آبی تهیه گردید. پودرهای سرامیکی سنتز شده پس از پرس شدن در دماهای مختلف پخت شدند. بر روی تمامی نمونه ها آزمون های اشعه ایکس (XRD)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و اندازه گیری خواص دی الکتریکی انجام شد. الگوی پراش اشعه ایکس نمونه های بالک ساخته شده از پودرهایی که با روش کلوییدی آبی سنتز شده بودند، تشکیل فاز خالص پروسکایت پیزوسرامیک بر پایه نایوبات سدیم-پتاسیم را نشان داد. آزمون اشعه ایکس نمونه های پخت شده که پودرهای اولیه آن با کمک روش سرامیکی سنتی تهیه شده بودند علاوه بر ساختار پروسکایت، تشکیل فاز ناخالصی با ساختار تتراگونال تنگستن-برنز را نیز نشان داد. تصاویر SEM نمونه های بالک پیزوسرامیکی تهیه شده از هر دو روش سرامیکی و کلوییدی آبی مورفولوژی مکعبی شکل دانه های نایوبات سدیم پتاسیم را به وضوح نشان داد. ضریب دی-الکتریک نمونه های تهیه شده به کمک روش سرامیکی سنتی بالاتر از قرص های ساخته شده به روش کلوییدی آبی بوده در حالی که میزان اتلاف دی الکتریک برای نمونه های تهیه شده به روش کلوییدی آبی پایین تر بود.
    کلیدواژگان: ضریب دی الکتریک، روش کلوییدی آبی، نایوبات سدیم، پتاسیم، XRD و SEM
  • مهدی کزازی صفحات 19-26
    رفتار خوردگی فولاد زنگ نزن آستنیتی سیلیسیم دار 4361/1 در محیط اسید نیتریک دودکننده قرمز (RFNA) در مقایسه با فولاد زنگ نزن آستنیتی 316، با استفاده از تکنیک های پلاریزاسیون پتانسیودینامیک خطی و چرخه ای و همچنین آزمون غوطه وری و مشاهدات میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) مورد بررسی قرار گرفت. به علاوه، اثر بازدارندگی غلظت های مختلف اسیدهیدروفلوئوریک (HF) بر رفتار خوردگی این دو آلیاژ مطالعه شد. نتایج به دست آمده از آزمون های الکتروشیمیایی، غوطه وری و SEM در تطابق کامل با یکدیگر بوده و همگی بازدارندگی بسیار خوب HF را در جلوگیری از خوردگی های یکنواخت و مرزدانه ای نشان دادند. نرخ خوردگی اولیه برای فولاد 4631/1 از mpy 77/16 در غیاب بازدارنده به mpy 24/0 با افزودن 6/0 درصد وزنی HF کاهش پیدا کرد. این در حالی است که پتانسیل حفره دار شدن در همین شرایط از مقدار اولیه 57/1 به 31/2 ولت (نسبت به Ag/AgCl) افزایش یافت که نشان دهنده بهبود مقاومت به خوردگی های موضعی با افزودن بازدارنده HF است. همچنین مشاهده شد که عنصر آلیا‍ژی سیلیسیم منجر به بهبود مقاومت به خوردگی مرزدانهای فولاد زنگنزن در محیط RFNA می گردد، اما از طرف دیگر مقاومت به خوردگی یکنواخت آن را کاهش می دهد. نرخ خوردگی اولیه برای فولاد 316 برابر mpy 18/1 به دست آمد که کمتر از mpy 77/16 برای فولاد سیلیسیم دار 4361/1 می باشد.
    کلیدواژگان: فولاد زنگنزن سیلیسیم دار 4361، 1، خوردگی مرز دانه ای، بازدارنده، ناحیه پسیو ثانویه، اسید نیتریک غلیظ
  • مهدی علی زاده صفحات 27-36
    انجام عملیات فرآوری، تغلیظ و استخراج بر روی برخی از معادن پلاسری دارای توجیه فنی و اقتصادی بوده به طوری که استحصال همزمان برخی عناصر استراتژیک و با ارزش افزوده بالا، استفاده از این نوع معادن را به عنوان ماده اولیه در صنایع تولید فلزات آهنی و غیرآهنی امکان پذیر می نماید. هدف از انجام طرح پژوهشی حاضر، امکان سنجی پرعیار سازی کانی های پلاسری موجود در منطقه خراسان جنوبی با رویکرد استحصال همزمان آهن، تیتانیم و وانادیم بوده است. در پژوهش حاضر ابتدا نمونه معدن پلاسری مورد نظر که حاوی ترکیبات آهنی بوده مورد مطالعه و ارزیابی اولیه قرار گرفت. در این رابطه با انجام آزمون های اولیه خواص فیزیکی و شیمیایی نمونه معدنی از جمله توزیع دانه بندی، نوع ترکیبات فازی و همچنین ترکیب شیمیایی عناصر تعیین گردید. سپس عملیات آماده سازی جهت تهیه مقطع صیقلی و انجام مطالعات تعیین درجه آزادی و بررسی های میکروسکوپی توسط میکروسکوپ های نوری (OM) و الکترونی پروبی (EPMA) صورت پذیرفت. به منظور دستیابی به عیاری مناسب برای آهن، تیتانیم و وانادیم به کمک روش جداسازی ثقلی، خردایش مواد و روش های مختلف جدایش مغناطیسی یک مدار فرآوری طرح ریزی شده، به طوری که امکان دستیابی به عیار 57 درصد وزنی برای آهن، عیار حدود 8 درصد وزنی برای اکسید تیتانیم و عیار حدود 8/0 درصد وزنی برای پنتا اکسید وانادیم فراهم گردیده است. استحصال وانادیم از کنسانتره توسط فرایند لیچینگ با آب گرم و همچنین جداسازی اکسید تیتانیم در طی فرایند ذوب آهن موجود در کنسانتره و ورود آن به سرباره اساس فرایند استخراج آهن، تیتانیم و وانادیم را از کنسانتره حاصل از معادن پلاسری فراهم می سازد
    کلیدواژگان: تیتانومگنتیت، فرآوری، پرعیارسازی، وانادیم، تیتانیم، آهن
  • امین پیمانی، مجتبی نصراصفهانی*، احسان صائب نوری صفحات 37-46

    خوردگی و بازدارندگی خوردگی فولاد ساده کربنی CK10 در محلول %3 کلرید سدیم اشباع از گاز CO2 توسط عصاره انیسون (AE) محلول در اتیلن گلایکل (EG) بوسیله نمودارهای پلاریزاسیون، طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی (EIS) و روش آنالیز سطحی AFM مورد بررسی قرار گرفت. بازده بازدارندگی با افزایش غلظت عصاره انیسون و دما افزایش یافت. نتایج نشان می دهد که عصاره ی انیسون به عنوان یک بازدارنده از طریق مکانیزم مختلط عمل می نماید و فرآیند بازدارندگی به تشکیل یک فیلم جذب شونده شیمیایی از AE و EG بر روی سطح فلز از طریق موقعیت های جذب چند مرکزی نسبت داده می شود. پارامترهای ترمودینامیکی جذب بازدارنده با استفاده از ایزوترم جذب لانگمیر محاسبه شد. مطالعات مورفولوژیکی از سطح الکترود فولاد ساده کربنی توسط میکروسکوپ نیروی اتمی(AFM) انجام شد.

    کلیدواژگان: فولاد ساده کربنی، خوردگی CO2، بازدارنده، عصاره انیسون، اتیلن گلایکل
  • طاهره قنبری راد، پروانه سنگ پور*، سیدمجید برقعی، مهدی صدری صفحات 47-51

    پوشش نانوکامپوزیتی نیترید تانتالم - طلا / نقره به وسیله دستگاه لایه نشانی استوانه ای کندوپاش D.C بر روی زیرلایه هایی از جنس استیل ضدزنگ 316 انباشت شده است. نمونه ها در دمای400 درجه سیلسیوس و زمان های مختلف 3، 5 و 7 دقیقه تحت عملیات حرارتی قرار داده شده اند. ساختار کریستالی، توپوگرافی، مورفولوژی و عناصر موجود در لایه ها به ترتیب توسط پراش اشعه ایکس، میکروسکوپ نیروی اتمی و تفرق انرژی اشعه ایکس مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته اند. به علاوه ویژگی خود تمیز شوندگی این لایه ها با استفاده از آزمایشهای زاویه تماسی مطالعه شده است. به منظور بررسی خواص ضدباکتری لایه ها با آزمون تماس باکتری Staphylococcus aurous در زمان های تماس 1، 3 و 6 ساعت انجام گرفت. نتایج به دست آمده نشان می دهد که اندازه میانگین نانوذرات لایه ها کمتر از 40 نانومتر است که سایز نانوذرات و خواص زاویه تماسی می تواند به وسیله دما و زمان عملیات حرارتی کنترل شود. همچنین لایه های انباشت شده دارای خواص آب گریزی و خود تمیز شوندگی مناسبی هستند به طوری که زاویه تماس قطره آب با سطح لایه بیشتر از° 90 است، که منجر به ممانعت بهتری در برابر چسبندگی باکتری ها به سطح این لایه ها می شود.

  • سعید سلیمی فر، دانیال داودی، سامان سلحشور، علیرضا لطفی صفحات 53-61
    فولاد ST37 از سختی و مقاومت به سایش کمی برخوردار است. هدف از این پژوهش بهبود خواص تریبولوژی این فولاد با ایجاد یک لایه کامپوزیتی حاوی ذرات آلومینا به روش جوشکاری GTAW می باشد. برای این کار سطح فولاد با 10 درصد حجمی از ذرات آلومینا در سه جریان متفاوت 90، 110 و 130 آمپر با این روش پوشش داده شد. آزمون سایش رفت و برگشتی، به منظور بررسی مقاومت به سایش نمونه ها انجام گرفت و سطوح سایش آن ها توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی بررسی گردید. یافته ها نشان می دهد که پوشش حاصل از این فرآیند دارای ساختار انجمادی دندریتی حاوی ذرات آلومینا است. حضور این ذرات به همراه کاهش حرارت ورودی، باعث افزایش سختی و بهبود رفتار سایشی پوشش مذکور می شود. دامنه افزایش سختی پوشش های ایجاد شده بین 225 تا 332 ویکرز اندازه گیری شد که این مقدار در نمونه بدون پوشش حدود 180 ویکرز می باشد. نتایج بررسی رفتار سایشی پوشش ها بیانگر بهبود چشمگیر رفتار سایشی آن ها در حضور تقویت کننده آلومینا به همراه کاهش حرارت ورودی می یاشد. مکانیزم عمده سایش در نمونه بدون پوشش و در نمونه های پوشش داده شده، سایش چسبان می باشد.
    کلیدواژگان: GTAW، آلومینا، میکروساختار، سایش، حرارت ورودی
  • مهدی ثقفی، بهروز قاسمی، ایمان بابایی نژاد صفحات 63-69
    در این پژوهش، پودرهای تنگستن و مس خالص پس از مخلوط شدن به مدت یک ساعت در مخلوط کن، با فشار 500 مگا پاسکال فشرده شدند. نمونه های فشرده شده، در کوره ای با اتمسفر هیدروژن خالص در دماهای 1150-1200-1300-1400 درجه سانتی گراد به مدت 2 ساعت، سینتر در حضور فاز مایع شدند. ساختار و اندازه دانه پیش و پس از سینتر در حضور فاز مایع و چگالی، سختی و استحکام کششی نمونه های تولیدی پس از سینتر در حضور فاز مایع در دما های مختلف بررسی شدند. نتایج نشان دهنده افزایش چگالی، سختی و استحکام با افزایش دما تا 1300 درجه سانتی گراد بودند و در 1400 درجه سانتی گراد، به علت افزایش تعداد حفره های بین ذرات تنگستن، خواص کاهش داشتند. مشاهده میکروسکوپی نمونه ها نشان داد که ریزساختارها، حفره های کشیده و عمیقی دارند.
    کلیدواژگان: تنگستن، مس، متالورژی پودر، سینتر در حضور فاز مایع، ماده مرکب
|
  • Saeid Akbarzadeh, Saeid Reza Allahkaram, Hasan Farhangi Pages 1-9
    Zinc-Tin alloy coatings have many applications because of their unique properties such as corrosion resistance، solder ability، and flexibility. In this study، the effect of current density and temperature on the cathodic current and structures of the coatings was investigated. Structure of the coatings obtained was evaluated via Scanning Electron Microscope (SEM) equipped with Energy Dispersive Analysis (EDS). The experimental results showed that increasing the current density to 4 mA/cm2، result in decreasing the particle size and increasing the cathodic current efficiency. Then، by incrementing the current density to 10 mA/cm2، the reduction of the cathodic current efficiency was observed also with incrementing temperature the coating morphology became coarser grains and the content of zinc decreased. The result of hardness testing revealed that increasing zinc ion to the 72 wt. % Zinc-tin alloy coating has the highest value of hardness.
    Keywords: Zinc, Tin electroplating, cathodic current efficiency, micro hardness
  • The Effect of Synthesis Route on the Microstructure and Dielectric Properties of Bulk (K0.44-Na0.52Li0.04)(Ta0.1Sb0.06Nb0.84)O3 Piezoceramics
    Mohammad Ali Bahrevar, Mehdi Delshad Chermahini, Mohammad Reza Rahimipour, Homan Shokrollahi Pages 11-17
    Lead free piezoceramics of the (K0. 44Na0. 52Li0. 04) (Ta0. 1Sb0. 06Nb0. 84) O3 specimens were prepared using the conventional ceramic and aqueous colloidal coating approach. The microstructure and dielectric properties of sintered samples prepared by both techniques were investigated for comparison. The XRD patterns indicate the formation of pure perovskite phase for samples prepared by colloidal technique. An additional impurity phase with tungsten bronze structure was detected for samples synthesized by the conventional method. For both methods، the typical cube-like morphology of KNN-LST systems with the bimodal distribution was clearly observed. The relative permittivity and loss factor of samples synthesized by aqueous colloidal coating approach were higher and lower than those obtained by conventional ceramic technique، respectively.
    Keywords: Dielectric properties, Aqueous colloidal coating approach, Potassium sodium niobate, XRD, SEM
  • Mahdi Kazazi Pages 19-26
    Corrosion behavior of 1. 4361 high Si-alloyed austenitic stainless steel in red fuming nitric acid (RFNA) was compared with 316 SS by using linear and cyclic potentiodynamic polarization techniques، immersion corrosion test method and SEM observations. In addition، the inhibition effect of different concentrations of hydrofluoric acid (HF) on the corrosion behavior of the alloys was studied. The results obtained from electrochemical measurements، immersion test and SEM observations are in good agreement and indicate that HF is a good inhibitor against uniform and intergranular corrosion. A high initial corrosion rate of 16. 77 mpy was observed in absence of inhibitor، which was decreased to 0. 24 mpy with addition of 0. 6 wt% HF. Moreover، pitting potential at the same condition increases from 1. 57 to 2. 31 V (vs. Ag/AgCl)، indicating to improve the localized corrosion resistance with addition of HF inhibitor. Also، it is indicated that the Si alloying element، on one hand، leads to increase the intergranular corrosion resistance and، on the other hand، leads to reduce the general corrosion resistance. An initial corrosion rate of 1. 18 mpy was obtained for the 316 SS، lower than that of the 1. 4361 Si-alloyed SS.
    Keywords: 1.4361 Si, alloyed SS, intergranular corrosion, inhibitor, secondary passive region, concentrated nitric acid
  • Mehdi Alizadeh Pages 27-36
    Principally، mineral processing and beneficiation process on some placer mines can be considered from two points of view i. e. technical and economical aspects. Although، co-extraction of some strategic elements with high added value is conceivable، utilizing of these type of mines is also possible as raw material and feed in ferrous and non-ferrous metal industry. In this research، feasibility study of placer mine beneficiation for co- extraction of strategic elements and Iron has been investigated. Firstly، mineralogy، chemical properties and physical properties of samples have been studied via different characterization methods such as: screening، XRD، XRF، OM and EPMA analysis. Furthermore an appropriate process has been designed by using the gravity separation، ball mill grinding and magnetite separation in order to achieve suitable fineness for iron، titanium and vanadium concentrates. The designed process is capable of producing the ore concentrate with approximate 57 wt% Iron، 8 wt% TiO2 and 0. 8 wt% V2O5. The outcome of the aforementioned process is valuable since it has been shown in the literature that the extraction of vanadium can be completed by leaching process with hot water and separation of titanium can be achieved during the melting process of iron from the slag.
    Keywords: Titanomagnetite, mineral processing, beneficiation, Vanadium, Titanium, Iron
  • Amin Peimani, Mojtaba Nasr-Esfahani, Ehsan Saebnoori Pages 37-46

    The corrosion and corrosion inhibition of CK10 carbon steel in CO2-saturated 3% NaCl solution by anise extract (AE) dissolved in ethylene glycol (EG) was studied using polarization curves، electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and surface analysis (AFM) methods. Inhibition efficiency increased with increase in AE concentration and temperature. The data suggest that AE functioned as inhibitor via a mixed-inhibitor mechanism and the inhibition process is attributed to the formation of a chemically adsorbed film of AE and EG on the surface of the metal via its polycentric adsorption sites. Thermodynamic adsorption parameters of studied inhibitor were calculated using the Langmuir adsorption Isotherm. Morphological studies of the carbon steel electrode surface were undertaken by atomic force microscopy (AFM).

    Keywords: CK10 carbon steel, CO2 corrosion, Inhibitor, Anise extract, Ethylene glycol
  • Tahereh Ghanbaryrad, Parvaneh Sangpour, Seyed Majid Borghei, Mahdi Sadry Pages 47-51

    TaN- (Ag/Au) nanocomposite thin film was deposited on stainless steel (type 316) substrates by cylindrical DC Cosputtering technique. Samples were annealed at 400 °C for different times 3، 5 and 7 minutes. Surface topography، crystalline structure، surface morphology and contact angle measurement of the prepared films were analyzed by using atomic force microscopy (AFM)، X-ray diffractometry (XRD) and scanning electron microscopy (SEM) techniques، respectively. Antibacterial activity was measured by using Staphylococcus aurous bacteria at 1، 3 and 6 hours incubation times. The average size of nanoparticles measured less than 40 nm. The average size of particles and contact angle property could be controlled by annealing time and temperature. Results showed that the TaN- (Ag/Au) thin film is hydrophobic (its contact angle is more than 90 degree)، so it can decrease the bacteria adhesion to the surface of the samples.

    Keywords: antibacterial, Au, Ag nanoparticles, hydrophobic, TaN, nano, composite
  • Saeed Salimifar, Danial Davoodi, Saman Salahshour, Alireza Lotfi Pages 53-61
    The St37 steel has low hardness and low wear resistance. The purpose of this study is improvement of tribology properties this steel by formation of a composite layer containing alumina particles by GTAW welding method. To do this، the steel surface with 10% volume of alumina particles at three different currents of 90، 110 and 130 Amper with this method was covered. Reciprocating wear test، for wear resistance of the samples was carried out and their wear surfaces were examined by scanning electron microscopy. The results show that the coating of this process is having freeze-dendritic structure containing the alumina particles. The presence of these particles with reducing heat input cause increasing hardness and improvement wear behavior of the coatings. The range of increasing hardness the coatings made between 225 to 332 Vickers was measured and the amount hardness of the uncoated sample is about 180 Vickers. The results of the wear behavior of the coatings represent a significant improvement in their wear behavior in presence of the alumina reinforce with reducing heat input. The main mechanism of wear in the uncoated sample and the coated samples is adhesive wear.
    Keywords: GTAW, Alumina, Microstructure, wear, heat input
  • Mahdi Saghafi, Behrouz Ghasemi, Iman Babaei Nejad Pages 63-69
    In this research، elemental powder mixture of pure tungsten and copper powders was prepared after 1 hr of mixing، and pressed under a load of 500 MPa. Samples from the pressed mixture were liquid phase sintered in a furnace under pure hydrogen atmosphere at different temperatures (1150-1200-1300-1400? C) for 2 hrs. Structure، grain size، density، hardness and strength of produced samples after sintering were studied in different temperatures. Results showed that increasing in temperature up to 1300? C results in increasing in density، hardness and strength. However، at 1400? C due to extensive number of voids among tungsten particles، these properties were found to decrease. The microstructure was associated with wide and deep holes.
    Keywords: Tungsten, Copper, Powder metallurgy, Liquid phase sintering, Composite