فهرست مطالب

فرآیندهای نوین در مهندسی مواد - پیاپی 66 (پاییز 1402)

نشریه فرآیندهای نوین در مهندسی مواد
پیاپی 66 (پاییز 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/11/09
  • تعداد عناوین: 6
|
  • رفتار شوک حرارتی پوشش های سد حرارتی YSZ، /YSZ مولایت و پوشش گرادیانی /YSZ مولایت بر روی سوپر آلیاژ پایه نیکل تهیه شده با روش اسپری پلاسمایی (APS)
    نادر سلطانی، ایمان مباشرپور*، اسماعیل صلاحی، علی صداقت آهنگری صفحات 1-11
    در این پژوهش رفتار شوک حرارتی ، سه نوع پوشش سد حرارتی زیرکونیای پایدار شده با ایتریا (YSZ) ، پوشش لایه ای زیرکونیای پایدار شده با ایتریا و پوشش مولایت (YSZ/Mullie) و پوشش گرادیانی از زیرکونیای پایدار شده با ایتریا و مولایت (YSZ/Mullie) بر روی سوپر آلیاژ پایه نیکل اینکونل 738 کم کربن به همراه لایه میانی پوشش داده شده با روش اسپری پلاسمایی مقایسه شد. با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی(SEM)، و پراش اشعه ایکس(XRD)، بررسی ریزساختار و آنالیز فازی انجام شد. درصد تخلخل و شوک پذیری پوشش ها در دمای °C1100 مورد بررسی و مقایسه قرار گرفت. نتایج نشان داد که با افزایش مولایت به صورت لایه ای و گرادیانی بر روی پوشش YSZ از میزان حفرات و تخلخل ها کاسته می شود که این پدیده به علت افزایش مقادیر ذرات ذوب شده مولایت می باشد. درصد تخلخل مربوط به پوشش لایه ای و گرادیانی از مولایت به ترتیب برابر با 8 و 5/3 درصد به دست آمد. با استفاده از نتایج آزمون شوک حرارتی مشخص شد طول عمر پوشش لایه ای از مولایت از پوشش گرادیانی مولایت و پوششYSZ بیشتر است. بیشینه طول عمر پوشش لایه ای از مولایت هفتاد سیکل ده دقیقه ای در کوره با دمای °C1100 ثبت شد. در شرایط آزمون شوک حرارتی طول عمر پوشش های گرادیانی و YSZ به ترتیب 60 و 25 سیکل اندازه گیری شد. پوشش های گرادیانی از مولایت در شوک حرارتی درصد انقباض بیشتری را نسبت به پوشش لایه ای مولایت از خود نشان دادند.
    کلیدواژگان: پوشش های سد حرارتی، سوپر آلیاژ پایه نیکل، اسپری پلاسمایی، مولایت، زیرکونیا پایدار شده با ایتریا
  • بهینه سازی خواص مکانیکی و دی الکتریک بوسیله کنترل تراکم پذیری و ریزساختار در سرامیک های نیترید سیلیسیم تهیه شده به روش پرس داغ
    سید سلمان سیدافقهی*، امیرحسین کوچکی فروشانی، پوریا دهقانی، فرهود حیدری صفحات 13-23

    سرامیک های نیترید سیلیسیم موادی با خواص مکانیکی، دی الکتریک و حرارتی عالی هستند که با دارا بودن چنین ویژگی هایی یکی از کاندیدهای اصلی جهت کاربرد در شرایط محیطی دما بالا است. در این پژوهش اثر دمای تف جوشی بر کنترل ریزساختار و تراکم پذیری و بهینه سازی خواص مکانیکی و دی الکتریک سرامیک های نیترید سیلیسیم تهیه شده به روش پرس داغ در دماهای مختلف 1500، 1600، 1700 و 1800 درجه سانتیگراد بررسی شده است. از دستگاه میکروسکوپ الکترونی روبشی و پراش اشعه ایکس به ترتیب جهت بررسی ریزساختار و آنالیز فازهای تشکیل شده استفاده شده است. طبق الگوی پراش حاصل از پرتو ایکس و رابطه گازارا-مسیر، در نمونه های سینتر شده در دمای 1600 و1700 درجه سانتیگراد همه فاز آلفا به بتا تبدیل شده و در نمونه سینتر شده در دمای 1500 درجه سانتیگراد میزان تبدیل 95.45% بوده است. نتایج حاکی از آن است که افزایش دمای تف جوشی از1500 به 1800 درجه سانتیگراد منجر به درشت تر شدن دانه های میله ای شکل و دستیابی به ریزساختار دوگانه شده و قطر متوسط دانه ها از 0.7 میکرومتر به 1.34 میکرومتر افزایش یافته است. نمونه سینتر شده در دمای 1500درجه سانتیگراد با دارا بودن کمترین مقدار قطر متوسط (0.7 میکرومتر) در بین سایر نمونه ها، بیشترین مقدار استحکام خمشی 9.5 ± 550 مگاپاسکال را به خود اختصاص داده است. با افزایش اندازه متوسط دانه ها و کاهش نسبت فازی α/β در اثر افزایش دمای تف جوشی، میانگین ثابت دی الکتریک و تانژانت اتلاف نمونه ها به ترتیب از 4.5 به 9.2 و از 0.099 به 0.22 افزایش یافته است.

    کلیدواژگان: پرس داغ، تف جوشی، خواص مکانیکی، دی الکتریک، نیتریدسیلیسیم
  • امیرعباس نوربخش * صفحات 25-35

    دیرگدازهای پایه آلومینا-کربن به دلیل خواص فیزیکی و مکانیکی منحصربه فرد خود به طور گسترده به عنوان دریچه کشویی و شرود نازل... در صنعت مورد استفاده قرارمی گیرد. در این تحقیق تاثیر افزودنی های آلومینای (نانو و مزوپور) و کامپوزیت آنها به همراه نانو لوله کربنی دردیرگدازهای آلومینا -کربن مورد بررسی قرار گرفت.در این راستا،مزوپورآلومینا با روش سل-ژل سنتز شد.سپس مزوپور آلومینا و نانو آلومینا به نانو لوله کربنی عاملدار جهت تهیه نانو کامپوزیت اضافه گردید.جهت توزیع نانو افزودنی ها،مقادیر1.5-0.5 Wt% به جزءریزدانه اضافه شد و پس از آن با ذرات درشت موجود در بدنه آلومینا-کربن مخلوط گردید. در ادامه جهت بررسی خواص فیزیکی و مکانیکی نمونه ها تحت پرس با فشارMPa150 شکل دهی و تحت بستر کک در دمای °C200 با ماندگار 6hr تمپر و در دمای°C 1450 به مدت 2hr در محیط احیایی تحت کک پخت داده شدند. چگالی ظاهری(DIN 993-1)، تخلخل ظاهری(DIN 993-1) و استحکام فشاری سرد(993-5 DIN 993-7) بر اساس استانداردها تعیین گردید و جهت تحلیل ریز ساختار و آنالیز فازی از SEM و XRD استفاده شد. نتایج نشان داد که نمونه حاوی 1Wt% کامپوزیت نانو آلومینا-نانو لوله کربنی چند دیواره دارای بالاترین استحکام فشاری سرد در حدودMPa 137 و نمونه با 1.5Wt% مزوپور آلومینا کمترین استحکام فشاری سرد در حدودMPa 94 را دارد. بهبود خواص مکانیکی می تواند با تشکیل بیشتر SiC درحضور Al2O3- MWCNT توسط مکانیزم بخار-جامد مرتبط باشد.دلیل اصلی کاهش خواص مکانیکی با استفاده از افزودنی های مزوپور می تواند به محدودیت واکنش گاز-جامد کمتر تشکیل شدن SiC در فاز زمینه ارتباط داده شود.

    کلیدواژگان: آلومینا-کربن، مزوپور آلومینا، دیرگدازها، نانو لوله کربنی
  • تاثیر هندسه بافت سطحی لیزری و حجم قطره بر زاویه تماس با زیر لایه Ti6Al4V
    غلامرضا دباغ، سید خطیب الاسلام صدرنژاد*، رضا شجاع رضوی، امیرعباس نوربخش، ناهید حسن زاده نعمتی صفحات 37-50
    اصلاح سطح کاشتنی با ایجاد بافت سطحی لیزری بهترین روش شناخته شده برای افزایش چسبندگی است. بهترین الگوی بافت سطحی لیزری هنوز ناشناخته است. به منظور بررسی ویژگیهای دیگری از الگوی جدید پیشنهادی نویسندگان، در این پژوهش ابتدا بافتهای جدید خطوط متقاطع با زاویه های 0، 15، 30، 45، 60، 75 و 90 درجه روی سطح آلیاژ Ti6Al4V با استفاده از لیزر پالسی Nd:YAG ایجاد گردید. سپس زاویه تماس قطرات آب به دو روش 1- ثبت و آنالیز تصویر قطره و 2- بکارگیری معادلات اکسترند و مون اندازه گیری شد. قطره های آب در دو حجم μlit 1 و μlit 25 انتخاب شدند. با استفاده از میکروسکوپ متالورژی، SEM ، بکارگیری معادلات ونزل و کسی و رسم نمودارهای مربوطه، تاثیر زاویه بین خطوط، ارتفاع، جدایی و پهنای ستون های بافت سطحی بر زاویه تماس قطره بررسی شد. مدل کلاسیکی ترشوندگی بافت ها تعیین شد. نتایج نشان داد برای قطره با حجم μlit 1 زاویه تماس در هر دو روش تقریبا ثابت و مستقل از زاویه خطوط متقاطع است که سازگاری خوبی با نتایج تحقیقات قبلی دارد. برای قطره با حجم μlit 25 زاویه تماس در هر دو روش متغیر و وابسته به زاویه خطوط متقاطع می باشد. مدل کلاسیک ترشوندگی بافت ها در هر دو حجم قطره منطبق بر مدل ونزل می باشد.
    کلیدواژگان: زاویه تماس سطحی، بافت سطحی لیزری، زاویه خطوط متقاطع، حجم قطره، روش قطره ساکن
  • آیدا فایقی نیا*، حسین نورانیان، مجتبی اسلامی صفحات 51-62
    در دارو رسانی هدفمند، دارو در نقطه و شرایط خاص و مورد نظر رهاسازی می شود، در این پژوهش از هسته‏های مگنتیت(خاصیت مغناطیس پذیری اشباع بالا (emu.g-159)) برای هدفمند کردن سامانه دارویی استفاده شد. ابتدا نانو ذرات مگنتیت به روش هم رسوبی از نمک های کلریدی دو و سه ظرفیتی آهن (FeCl2 وFeCl3) سنتز شدند، سپس سیلیکاهای مزومتخلل (با قطر تخلخل nm13(به روش استوبر از منبع سیلیکایی تترا اتیل اورتو سیلیکات (TEOS) روی هسته های مگنتیتی بشکل کره تشکیل شد، پس از آن نقاط کوآنتومی کربنی که به روش هیدرومال از اسید سیتیرک سنتز شده بودند و اثر ناپذیری سطح آنها بوسیله دی اتیل آمین صورت پذیرفته بود، در حفره های سیلیکا با روش جذب فیزیکی جایگذاری شد، داروی موثره ملاتونین(46/6 میلی گرم ملاتونین در 100 میلی گرم از سامانه دارویی) نیز به روش جذب فیزیکی روی این سامانه بارگذاری شد و نحوه رهایش این دارو با روش رهایش از کیسه دیالیز در محیط شبیه سازی شده خون و بافت سرطانی بدقت مورد بررسی قرار گرفت و بهره کوآنتومی سامانه نیزحدود 40% مشخص شد. نتایج نشان داد بارگذاری داروی ملاتونین و نقاط کوآنتومی کربن به خوبی روی نانو ذرات سیلیکا با هسته‏های مگنتیتی انجام شد و این سامانه در شرایط دمایی نیز به میزان 30% دارو را آزاد می کند.
    کلیدواژگان: سیلیکا، مگنتیت، کربن، ملاتونین، دارو رسانی
  • سید صابر میرحسینی*، فرزاد محبوبی صفحات 63-73
    از مهمترین عملیات تکمیلی که معمولا به عنوان فرآیند نهایی به هنگام تولید یک قطعه انجام میشود، اصلاح خواص سطحی با عملیات مهندسی سطح است. تعداد بسیاری از فلزات را می توان به روش الکترولس پوشش دهی کرد. پوشش های الکترولس نیکل-بور به دلیل قیمت ارزان و قابلیت پوشش دهی یکنواخت، کاربرد بسیار گسترده ای در صنعت یافته است. در این مقاله، پوشش الکترولس نیکل-بور-نانو الماس با غلظت های مختلف نانو الماس روی فولاد AISI 4140 لایه نشانی شد و خواص ساختاری و رفتار سایشی آن مورد بررسی قرار گرفت. خواص ساختاری پوشش ها به کمک آزمون های پراش اشعه ایکس، میکروسکوپ الکترونی روبشی و آزمون سختی سنجی بررسی شد. همچنین ضریب اصطکاک و خواص سایشی نمونه ها به کمک آزمون پین روی دیسک مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج نشان می دهد با افزایش غلظت نانو الماس ساختار پوشش از حالت آمورف به حالت شبه بلوری تغییر می یابد. علاوه بر این، تصاویر میکروسکوپ الکترونی و نتایج حاصل از آزمون سختی سنجی نشان می دهد که اضافه کردن نانو الماس به حمام الکترولس سبب افزایش سختی می گردد. اضافه کردن نانو الماس تا غلظت g/L 5/0 باعث بهبود مقاومت سایشی و کاهش ضریب اصطکاک شد. بااین وجود افزایش غلظت نانو الماس تا g/L 1 به دلیل آگلومره شدن نانو الماس ها سبب افزایش نرخ سایش ویژه پوشش شد.
    کلیدواژگان: نانو الماس، الکترولس، نیکل-بور، سایش، کامپوزیت
|
  • Thermal shock behavior of thermal barrier coatings YSZ, YSZ/mullite and gradient coating YSZ/mullite on nickel base superalloy prepared by plasma spray (APS) method
    Nader Soltani, Iman Mobasherpour *, Esmail Salahi, Ali Sedaghat Ahangary Pages 1-11
    In this research, thermal shock behavior, three types of yttria-stabilized zirconia (YSZ), yttria-stabilized zirconia and mullite coating (YSZ/Mullite) and gradient coating of yttria-stabilized zirconia and mullite (YSZ/Mullite) thermal barrier coatings on Inconel 738 low carbon nickel base superalloy along with bond coated by plasma spray method was compared.Using scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction (XRD), microstructure and phase analysis were done. The percentage of porosity and thermal shock of coatings at 1100°C temperature was investigated and compared. The results showed that with the increase of mullite in layer and gradient on YSZ coatings, the number of holes and porosity decreases, which is due to the increase in the amount of melted mullite particles. The percentage of porosity related to layer and gradient coating of mullite was obtained as 8 and 3.5% respectively. Using the results of the thermal shock test, it was determined that the lifetime of the mullite layer coating is longer than the mullite gradient coating and the YSZ coating. The maximum lifespan of the layered coating of mullite was recorded as 70 cycles of 10 minutes in a furnace with a temperature of 1100°C. The gradient coatings of mullite showed a higher percentage of shrinkage in thermal shock than the layered mullite coating.
    Keywords: Thermal barrier coatings, nickel-based super alloy, plasma spray, Mullite, YSZ
  • Optimization of mechanical and dielectric properties by controlling densification and microstructure in silicon nitride ceramics prepared by hot pressing method
    S. Salman S. Afghahi *, Amirhossein Kouchaki Foroshani, Pouria Dehghani, Farhood Heydari Pages 13-23

    Silicon nitride ceramics are materials with excellent mechanical, dielectric and thermal properties which with such properties is one of the main candidates for use in high temperature environments. In this study, the effect of sintering temperature on microstructure control and densification and optimization of mechanical and dielectric properties of silicon nitride ceramics prepared by hot pressing at different temperatures of 1500 °C, 1600 °C, 1700 °C and 1800 °C has been investigated. Scanning electron microscopy and X-ray diffraction have been used to study the microstructure and analysis of the formed phases, respectively. According to the X-ray diffraction pattern and the Gazara-Mesier relationship, in the sintered samples at 1600 °C and 1700 °C, all alpha phases were converted to beta, and in the sintered samples at 1500 °C, the conversion rate was 95.45%. Is. The results show that increasing the sintering temperature from 1500˚C to 1800˚C leads to larger rod-shaped grains and achieves dual microstructure and the average grain diameter has increased from 0.7 µm to 1.34 µm. sintered specimen at 1500 °C, with the lowest average diameter (0.7 µm) among other specimens, has the highest flexural strength of 550 ± 9.5 Mpa. Is By increasing the average grain size and decreasing the α/β phase ratio due to the increase in fusion temperature, the mean dielectric constant and tangent of the sample loss increased from 4.5 to 9.2 and from 0.099 to 0.22, respectively

    Keywords: Hot press.Sintering, Mechanical Properties, dielectric, Silicon Nitride
  • Amirabbas Nourbakhsh* Pages 25-35

    Alumina-C refractories have been widely used as slide gate submerged entry nozzles and mono block stoppers in steelmaking due to their unique physical and mechanical properties.In this research,the effect of different source of alumina having unlike surface areas(nano and mesoporous)and MWCNT additives on physical and mechanical properties of Al2O3-C refractories was investigated.In this regard mesoporous alumina was synthesized by sol-gel method.Then the mesoporous and nano alumina precursors were added to the functionalized MWCNT.In order to better distribution of 0.5-1.5 wt% nano additives the additives were firstly added to the matrix and then mixed with coarse particles of Al2O3-C refractories. Following in order to physical and mechanical properties investigation, all samples pressed under 150Mpa pressure by uniaxial then pressed and tempered at 200 ℃ for 6h, and afterward fired under coke atmosphere at 1450℃ for 2 h.The bulk density apparent porosity and cold crushing strength were determined according to their respective standard. Moreover their microstructure and phase analysis was investigated by XRD and SEM.The results confirmed that the sample containing1wt% nano Al2O3-MWCNT composite showed the highest CCS of about 137 Mpa,and sample with1.5 wt% mesoporous Al2O3 showed the lowest CCS (94 Mpa).The improvement of mechanical properties could be related to the higher SiC formation in the presence of nano Al2O3- MWCNT by vapor- solid mechanism. The main reason for decreasing mechanical properties in the presence of mesoporous additives could be attributed to limiting of gas-solid reaction due to trap of gases and therefore lower formation of SiC whiskers through the matrix.

    Keywords: Al2O3-C, Al2O3 Mesoporous, Refractories, MWCNT
  • Effect of geometry of laser surface texture and droplet volume on contact angle with Ti6Al4V substrate
    Gholamreza Dabbagh, Seyed Khatiboleslam Sadrnejad *, Reza Shoja Razavi, Amirabbas Nourbakhsh, Nahid Hassanzadeh Nemati Pages 37-50
    Implant surface modification by creating laser surface texturing is the best known method to increase adhesion. The best pattern of laser surface texturing is still unknown. In order to investigate other features of the new pattern proposed by the authors, in this research, first, the new surface patterns of intersecting lines with angles of 0, 15, 30, 45, 60, 75, and 90 degrees on the surface of Ti6Al4V alloy using pulse Nd: YAG laser was created. Then the contact angle of water droplets was measured by two
    methods
    1- recording and analyzing the image of the droplet and 2- using Extrand and Moon equations. Water droplets were selected in two volumes of 1 μlit and 25 μlit. Using metallurgical microscope, SEM, applying Wenzel and Cassie equations and drawing the corresponding diagrams, the effect of the angle between the lines, height, separation, and width of the surface texture columns on the contact angle of the droplet was investigated. The classical model of textures wettability was determined. The results showed for droplet with volume of 1 μlit the contact angle in both methods is almost constant and independent of the angle of the intersecting lines which is in good agreement with the results of previous researches. For droplet with volume of 25 μlit the contact angle in both methods is variable and dependent on the angle of the intersecting lines. The classical model of textures wettability in both droplet volumes is consistent with Wenzel's model.
    Keywords: Surface contact angle, Laser surface texturing, Intersecting lines angle, Droplet volume, Sessile droplet method
  • Aida Faeghinia *, Hossein Nouranian, Mojtaba Eslami Pages 51-62
    In targeted drug delivery, the drug is released at specific points and conditions, and in this study, magnetite nuclei were used to target the drug system. First, magnetite nanoparticles were synthesized by co-precipitation of two- and three coordinated iron chloride salts (FeCl2 and FeCl3).Carbon dioxide quantum dots, which had been hydrolyzed by citric acid and whose surface was ineffective by diethylamine, were then placed in silica cavities by physical absorption. The effective drug melatonin was also loaded on the system by physical absorption, and the method of releasing this drug by dialysis bag was carefully examined in the simulated environment of blood and cancer tissue, and the quantum yield of the system was determined. The accuracy of the operations performed by electron microscopy, nitrogen uptake and absorption, factor characterization, X-ray diffraction, magnetometry and infrared spectroscopy were investigated. The results showed that the loading of melatonin and carbon quantum dots was well performed on silica nanoparticles with magnetite nuclei, and the system also releases the drug well at room temperature.
    Keywords: Silica, Magnetite, Carbon, melatonin, Drug delivery
  • Seyyed Saber Mirhosseini *, Farzad Mahboubi Pages 63-73
    One of the most important finishing operations that is usually performed as the final process when producing a part is the modification of surface properties with surface engineering operations. Many metals can be coated by the electroless-coating method. Electroless nickel-boron coatings have been widely used in the industry due to their cheap price and uniform coating capability. In this article, nickel-boron-nanodiamond electroless coating with different concentrations of nanodiamond was applied on AISI 4140 steel, and its structural properties and wear behavior were investigated. The structural properties of the coatings were investigated with the help of X-ray diffraction tests, scanning electron microscopy, and hardness test. Also, the friction coefficient and wear properties of the samples were studied using the pin-on-disc test. The results show that with the increase in nanodiamond concentration, the structure of the coating changes from amorphous to semi-crystalline. In addition, the electron microscope images and the hardness test results show that adding nanodiamonds to the electroless bath increases the hardness. Adding nanodiamonds to a concentration of 0.5 g/L improved the wear resistance and reduced the friction coefficient. However, increasing the concentration of nanodiamonds up to 1 g/L due to the agglomeration of nanodiamonds caused an increase in the specific wear rate of the coating.
    Keywords: Nanodiamond, electroless, Nickel-boron, Wear, Composite