فهرست مطالب

مهندسی متالورژی و مواد - سال بیست و هفتم شماره 2 (1395)
  • سال بیست و هفتم شماره 2 (1395)
  • تاریخ انتشار: 1395/06/15
  • تعداد عناوین: 10
|
  • علمی و پژوهشی
  • افسانه انصاری، امیرحسین کوکبی، حمیدرضا مداح حسینی صفحات 1-8
    در این پژوهش، با استفاده از فرایند جوشکاری تحت پوشش گازهای محافظ با الکترود تنگستن (تیگ) و الکترود توپودری، پوشش کامپوزیتی مقاوم به سایش، روی آلومینیم خالص تجاری ایجاد شد. الکترودهای توپودری، به کمک دستگاه کشش سیم و نوارهای آلومینیمی و مخلوط پودرهای آلومینیم و تیتانیم تولید شدند. ریزساختار و فازهای موجود در پوشش نیز توسط آزمون های XRD، متالوگرافی و SEM مجهز به EDS بررسی شد. آزمون های ریزسختی سنجی و سایش انجام شد. بیشترین سختی حاصل (300 ویکرز) حدود 13 برابر فلز پایه بود. نتایج نشان داد که پوشش، شامل فازهای آلومینیم α، تیتانیم α و همچنین بین فلزی Al3Ti بوده و حضور Al3Ti منجر به افزایش سختی و مقاومت به سایش می-شود.
    کلیدواژگان: پوشش کامپوزیتی، مقاومت به سایش، جوشکاری تحت پوشش گازهای محافظ با الکترود تنگستن، الکترود توپودری
  • محمد جواد نیری، محمد جواد خواجه علی، سید محمدحسین میرباقری صفحات 9-24
    اثر آهن بر ساختار سلولی و جذب انرژی لوله های جدار نازک برنجی، پر شده با فوم های Al-7Si-3SiC-xFe تولید شده به روش متالورژی پودر، در بارگذاری فشاری تک محوری بررسی شد. نتایج نشان داد که افزایش درصد وزنی آهن تا 3 % وزنی سبب همگن شدن نسبی ساختار سلولی، افزایش چگالی و گردی حفره ها می شود. در حالیکه به دلیل تشکیل فازهای بین فلزی سوزنی Al4Fe2Si در دیواره سلولی و همچنین تشکیل حفره های انقباضی در مناطق سه گوش گسترش یافته بین حباب ها، مقدار جذب انرژی طی تغییر کمانش پلاستیک پیشرونده کاهش می یابد. همچنین، با در نظر گرفتن داده های عددی، مدلی برای پیشبینی جذب انرژی لوله های پر شده با فوم های فلزی بر حسب هندسه فوم و لوله و چگالی نسبی فوم ارائه و صحه سنجی شده است.
    کلیدواژگان: فوم سلول بسته آلومینیوم، متالورژی پودر، ساختار جدار نازک، جذب انرژی
  • عماد خاکسار، مهدی شفیعی آفارانی، عبدالرضا صمیمی صفحات 25-34
    در این پژوهش تاثیر دمای سنتز بر ترکیب فاز، اندازه بلور، مورفولوژی و فعالیت فوتوکاتالیستی نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم تهیه شده به روش سولوترمال بررسی شده است. نتایج نشان داد که تبلور ذرات از درون بستر ژل مانند رخ می دهد و با افزایش دمای سنتز، اندازه ذرات از 4 تا 8 نانومتر تغییر می کند. راندمان فوتوکاتالیستی مطلوبی در تمام نمونه ها (تا 94%) مشاهده شد. نانو ذراتی که در دمای 120 درجه سانتی گراد سنتز شدند بالاترین فعالیت فوتوکاتالیستی را نشان دادند.
    کلیدواژگان: سنتز، سولوترمال، نانوذرات دی اکسید تیتانیوم، فعالیت فوتوکاتالیستی
  • امیرحسین خسروانی نژاد، مرتضی شمعانیان، احمد رضاییان، مسعود عطاپور صفحات 35-46
    در این مقاله به بررسی تحولات ریزساختاری اتصال غیرمشابه فولاد زنگ نزن آستنیتی 316AISI به فولاد کم کربن 37St جوشکاری شده با روش جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی پرداخته شده است. جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی با سرعت چرخشی 600 دور بر دقیقه و سرعت خطی 50 میلی-متر بر دقیقه انجام شد. بررسی های فازی توسط آزمون پراش اشعه ایکس و آزمون طیف سنجی اشعه ایکس و بررسی های ریزساختاری توسط میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی انجام شد. نتایج بررسی های فازی در مرز اتصال شواهدی از تشکیل کاربید و ترکیبات بین فلزی را نشان نداد. بررسی های ریزساختاری نیز نشان داد که بیشترین میزان کاهش اندازه دانه ها، در ناحیه اغتشاشی سمت فولاد زنگ نزن آستنیتی رخ می دهد که دلیل آن تبلور مجدد دینامیکی ناپیوسته ناشی از تغییر شکل شدید همراه با دمای بالا در این ناحیه می باشد.
    کلیدواژگان: جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی، اتصال غیرمشابه، فولاد زنگ نزن آستنیتی، فولاد کم کربن
  • محبوبه محمودی، پیمان محمودی هاشمی، آرمان زارع بیدکی صفحات 47-58
    در این تحقیق نانولایه تانتالوم با ضخامت nm200 به روش رسوب فیزیکی بخار (PVD) با پرتو الکترونی بر روی سطح زیرلایه Ti-6Al-4V به منظور بهبود خواص سطحی و خوردگی پوشش داده شد. میزان سختی و زبری سطح نمونه های بدون پوشش (Ti-6Al-4V) و نمونه های با پوشش تانتالوم (Ti-6Al-4V/Ta) تحت ارزیابی قرار گرفتند. سختی و زبری سطح نمونه ها پس از پوشش دهی نسبت به نمونه شاهد(Ti-6Al-4V) به ترتیب از HV345 به HV371 و از μm055/0 به μm107/0 افزایش یافت. همچنین با انجام آزمون خوردگی در محلول فیزیولوژیکی هنک مشاهده گردید که چگالی جریان خوردگی در نمونه های Ti-6Al-4V/Ta در مقایسه با نمونه شاهد از μA/cm^2 9/1 به μA/cm^2 7/0 کاهش می یابد که بیانگر بهبود قابل توجه مقاومت به خوردگی تا دو برابر می باشد. پس از آزمون خوردگی با بررسی میزان رهایش یون های V، Al و Ti، غلظت عناصر آزاد شده پس از پوشش دهی به نصف میزان آن ها در قبل از پوشش دهی کاهش می یابد. نهایتا، آزمون های پراش اشعه ایکس(XRD)، بررسی های میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و آنالیز عنصری (EDS) به ترتیب برای شناسایی فازها، بررسی مورفولوژی و تعیین در صد عناصر نمونه ها انجام گردید. نتایج نشان دادند که آلیاژ Ti-6Al-4V پوشش داده شده با تانتالوم با توجه به مقاومت خوردگی و خواص مکانیکی عالی گزینه مناسبی برای کاربرد در ایمپلنت های دندانپزشکی و ارتوپدی می باشد.
    کلیدواژگان: تانتالوم، Ti، 6Al، 4V، پرتو الکترونی، رسوب فیزیکی بخار (PVD)، مقاومت به خوردگی، زیست سازگاری، پوشش دهی
  • اکرم صالحی، ابوالفضل باباخانی، سیدمجتبی زبرجد صفحات 59-68
    در این تحقیق، نانو کامپوزیت های آلومینیومی تقویت شده با 25/0، 5/0، 75/0 و 0/1% وزنی نانوذرات اکسید سیلیسیم، با استفاده از دستگاه امواج مافوق صوت، تولید شدند. ریزساختار زمینه با استفاده از میکروسکوپ های نوری و SEM به همراه EDS بررسی شد و از نانوکامپوزیت های تولید شده، آزمون فشار گرفته شد. نتایج نشان می دهد که افزودن نانوذرات سیلیس، با ایجاد مراکز جوانه زنی برای ترکیبات بین فلزی باعث اصلاح ساختار آن ها و بهبود خواص محصول نهایی خواهد شد و افزودن نانوذرات سیلیس تا 5/0% وزنی، افزایش استحکام محصول نهایی را در پی دارد.
    کلیدواژگان: نانو کامپوزیت Al، SiO2، امواج مافوق صوت، SEM، ریزساختار، استحکام فشاری
  • مسعود مشرفی فر صفحات 69-82
    در این پژوهش نانوکامپوزیت زمینه آلومینیومی تقویت شده با نانو ذرات اکسیدی و ذرات بین فلزی در سیستم Al-Zr با روش آسیا کاری مکانیکی به صورت درجا تولید و بهینه سازی شد . آسیا کاری مخلوط پودری حتی در زمان های طولانی منجر به تولید فازهای بین فلزی در سیستم Al-Zr نمی شود. درحالی که در جریان عملیات حرارتی پس از آسیا کاری و انجام واکنش بین اجزای این مخلوط پودری، فازهای Al3Zr و Al2O3 تشکیل می شوند. با انجام عملیات پرس سرد و تف جوشی بواسطه حضور فازهای Al3Zr و Al2O3، سختی به HV 98 افزایش و نرخ سایش نمونه های تولید شده بطور قابل ملاحظه ای کاهش یافت .
    کلیدواژگان: کامپوزیت زمینه آلومینیومی، Al3Zr، Al2O3، آسیاکاری مکانیکی، عملیات حرارتی، پرس سرد، سایش
  • مهدی کلانتر، مریم مجاهدیان، نرگس وحیدی مهرجردی صفحات 83-96
    در این مطالعه با استفاده از مواد اولیه پنتا اکسید فسفر (P2O5) و کلسیم نیترات چهار آبه (Ca(NO3)2.4H2O) و به کارگیری روش سل –ژل سنتز پودر هیدروکسی آپاتیت با سه نسبت مولی متفاوت کلسیم به فسفر (Ca/P) معادل 6/1، 5/1 و 67/1 انجام گرفته است. نتایج پراش پرتوی اشعه ایکس (XRD) نشان می دهد که بالاترین شدت قله پراش برای فازهای هیدروکسی آپاتیت و بتا-تری کلسیم فسفات -TCP متعلق به پودر سنتز شده با نسبت 6/1Ca/P = می باشد. وجود این دو فاز به طور همزمان در پودر سنتز شده باعث شده تا یک بیوسرامیک دو فازی با قابلیت استخوان سازی مناسب ایجاد شود. با عملیات حرارتی در دمای 1100 درجه سانتی گراد، شدت قله های پراش فاز-تری کلسیم فسفات (Ca3(PO4)2) در هر سه نمونه افزایش یافته و از شدت قله های پراش هیدروکسی آپاتیت کاسته می شود به طوری که برای نمونه با 5/1=Ca/P، فاز غالب -تری کلسیم فسفات خواهد بود. نتایج مشاهدات میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)در بزرگنمایی بالا بخوبی ذرات نانو هیدروکسی آپاتیت در مقیاس 10 الی 400 نانومتر را نشان داده و در بزرگنمایی پایین خوشه هایی از نانو ذرات مشاهده می شود. نتایج مطالعات ارزیابی زیست فعالی نشان می دهد که با افزایش نسبت Ca/P، میزان آپاتیت تشکیل شده روی سطح افزایش می یابد که نتیجه آن زیست فعالی بالاتر بیومتریال می باشد.
    کلیدواژگان: هیدروکسی آپاتیت، سل، ژل، کلسیناسیون، تف جوشی، ساختار فازی و میکروسکوپی، زیست فعالی
  • محمدهادی قوام، مریم مرکباتی، سیدمهدی عباسی، حسن بدری صفحات 97-110
    در این پژوهش داکتیلیته گرم آلیاژ IMI834 پس از نورد گرم اولیه و ثانویه در دماهای 800-1000 درجه سانتیگراد و نرخ کرنش 0.1 بر ثانیه مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج بررسی ها نشان داد که این آلیاژ در حالت نورد گرم اولیه در دماهای 800-900 درجه سانتیگراد، داکتیلیته اندکی دارد و در دمای 850 درجه سانتیگراد افت داکتیلیته گرم مشاهده می شود. پس از نورد گرم ثانویه، در کلیه شرایط، داکتیلیته افزایش یافته و همچنین هیچگونه افت داکتیلیته مشاهده نشد. بویژه در دمای 900 درجه سانتیگراد، داکتیلیته گرم از 31% در حالت نورد گرم اولیه به 95% در حالت نورد گرم ثانویه افزایش یافت.
    کلیدواژگان: آلیاژ IMI834، داکتیلیته گرم، نورد گرم، آزمون کشش گرم
  • مهران رزاقی قلعه، بهمن میرزاخانی، مهدی رئوفی صفحات 111-120
    کامپوزیت های پلیمر یونی- فلزی از جمله مواد هوشمندی هستند که اخیرا در صنایع مختلف کاربردهای گسترده ای یافته اند. این دسته از کامپوزیت ها، کامپوزیت های لایه ای فلزی پلیمری بوده که ساخت آنها از تکنولوژی پیچیده ای برخوردار است. این کامپوزیت ها نسل جدیدی از مواد هوشمند هستند که در محرک ها استفاده می شوند. هدف از تحقیق حاضر ساخت یک کامپوزیت پلیمر یونی- فلزی با استفاده از لایه نشانی و بررسی تاثیر متغیرهای مختلف بر خواص و ساختار آن است. بدین منظور پس از تهیه ورق پلیمر پلی وینیلیدین فلورید متخلخل، پوششی از طلا با ضخامت نانومتری بر روی ورقه نازک آن به روش کندوپاش ایجاد گردید. در ادامه به کمک روش الکتروپلیتینگ با استفاده از محلول پروپیلن کربنات، پیرول و نمک تری فلوئورومتان سولفونیمید لیتیوم، در شرایط کاملا کنترل شده پلی پیرول برروی طلا نشانده شد. میکروسکوپ الکترونی جهت بررسی کیفیت پوشش و آنالیز طیف سنجی مادون قرمز برای برررسی ساختار و شناسایی ترکیبات پلیمر استفاده گردید. پارامترهای موثر بر لایه نشانی پلی پیرول نظیر غلظت محلول و ضخامت پوشش طلا، مورد بررسی واقع شد. نتایج نشان می دهد که با افزایش ضخامت پوشش طلا، ضخامت پوشش پلی پیرول بیشتر شده و کیفیت سطحی آن بهتر می گردد. همچنین شرایط بهینه الکتروپلیتینگ برای مقدار غلظت محلول الکترولیت 1/0 مولار در دمای کاری 25- درجه سلسیوس بدست آمد.
    کلیدواژگان: پلیمرهای الکترواکتیو، کامپوزیت های پلیمری یونی، فلزی، لایه نشانی
|
  • Afsaneh Ansari, Amir Hossein Kokabi, Hamid Reza Madaah Hosseini Pages 1-8
    In this study, GTAW process and cored wires were used to coat Al/Al3Ti wear resistant composite on a commercial pure Al substrate. Wire drawing process was utilized to produce the cored wires from aluminum strips and a mixture of titanium and aluminum powders. The microstructures and the present phases were investigated by metallographic, SEM equipped with EDS and XRD analysis. Moreover, the hardness and wear resistance of the samples were evaluated. A maximum microhardness value of about 300HV was measured which is 13 times higher than the hardness of the substrate material. The results showed that the coating was composed of Al, Ti as well as Al3Ti. The presence of Al3Ti led to increase in the wear resistance of the coating.
    Keywords: Composite Coating, Wear Resistance, GTAW, Cored Wire
  • Mohammad Javad Nayyeri, Mohammad Javad Khaje Ali, Seyyed Mohammad Hossein Mirbagheri Pages 9-24
    The effect of iron on the structure and absorbed energy in thin-walled brass tubes filled with Al-Si-SiC-xFe foams, produced through powder metallurgy rout, during uniaxial compressive loading was evaluated. Results showed that by increasing the iron content up to 3 wt.% will increase the sphericity of the cells, foam density and homogeneity of the structure. However, the formation of Al4Fe2Si intermetallic and micro-shrinkage in the cell walls and edges resulted in a decrease in the magnitude of the absorbed energy. Moreover, according to experimental data, a model was developed based on the relative density of the foam along with the geometry of the foam and tube. This model was used to predict the energy absorption of foam filled tubes.
    Keywords: Closed Cell Aluminum Foam, Powder Metallurgy, Thin Walled Structure, Energy Absorption
  • Emad Khaksar, Mahdi Shafiee Afarani, Abdorreza Samimi Pages 25-34
    In this research, the effect of synthesis temperature on the phase composition, crystal size, morphology and photocatalytic activity of titanium dioxide nanoparticles prepared by solvothermal method was investigated. The results showed that the crystallinity of the particles occurs within the gel-like matrix and the particles size increases from 4 to 8 nm by increasing the synthesis temperature. All samples showed suitable photodegradiation up to 94% yield. Nano-particles synthesized at 120°C showed the highest photocatalytic activity.
    Keywords: Synthesis, Solvothermal, TiO2 Nanoparticles, Photocatalytic Activity
  • Amirhossein Khosrovaninezhad, Morteza Shamanian, Ahmad Rezaeian, Masoud Atapour Pages 35-46
    The microstructural evolution of dissimilar joining of austenitic stainless steel AISI 316 and low carbon steel St37 by friction stir welding has been investigated. Friction stir welding was carried out using a rotational speed of 600 rpm and a linear speed of 50 mm/min. The microstructure was characterized using a scanning electron microscope and optical microscopy. Also, possible phase transformations were determined using X-ray diffraction technique & electron diffraction spectroscopy. The results of phase investigations showed that no carbides and brittle phases were detected at the joined boundary. Microstructural investigations showed that the highest decrease in grain size occurred in the stir zone of the austenitic stainless steel which was attributed to discontinuous dynamic recrystallization caused by severe deformation imposed at high temperatures in this region.
    Keywords: Friction Stir Welding, Dissimilar Joint, Austenitic Stainless Steel, Low Carbon Steel
  • Mahboobeh Mahmoodi, Peyman Mahmoodi Hashemi, Arman Zare Bidaki Pages 47-58
    In this study, Ti-6A1-4V alloy was coated with a 200 nm thick tantalum nanolayer using physical vapor deposition method with electron beam in order to improve its surface and corrosion properties. The surface hardness and roughness of the control sample (Ti-6A1-4V) and those with tantalum coating (Ti-6Al-4V/Ta) were assessed. After coating, the surface hardness and roughness of the samples increased from 345 HV to 371 HV and from 0.055 µm to 0.107 µm, respectively. Moreover, the corrosion test in Hank's solution revealed that the corrosion current density of Ti-6Al-4V/Ta decreased from 1.9 µA/cm2 vs. 0.7 µA/cm2 for control sample. Following the corrosion test, the release rate of V, Al and Ti ions was examined. The results showed that the concentration of the released elements was halved after coating. Finally, X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), and energy-dispersive X-ray analysis (EDS) were conducted to determine the phases, microstructures, and percentage of elements in the samples, respectively. The test results indicated that tantalum-coated Ti-6A1-4V alloy has desirable corrosion resistance and excellent mechanical properties and can thus be employed in dental and orthopedic implants.
    Keywords: Tantalum, Ti, 6A1, 4V, Electron Beam, Physical Vapor Deposition, Corrosion Resistance, Biocompatibility, Coating
  • Akram Salehi, Abolfazl Babakhani, Seyed Mojtaba Zebarjad Pages 59-68
    In this study, it is tried to use an inexpensive and new method for fabrication of aluminum matrix nanocomposites reinforced with SiO2 nano-sized ceramic particles. In this method, ultrasonic device was used for increasing wettability and dispersion of reinforcement nanoparticles within the aluminum melt. After producing aluminum nanocomosites reinforced with 0.25, 0.5, 0.75 and 1.0 wt. % SiO2, microstructure study of matrix were carried out with an optical microscope and SEM equipped with energy dispersive spectroscopy (EDS). At the end, compression test were taken on produced nanocomposites. The results show that adding SiO2 nanoparticles will improve structure and properties of the final product by creating nucleation center for intermetallic compounds and also increase compressive strength of produced nanocomposites than the pure Al alloy.
    Keywords: Al, SiO2 nanocomposite, ultrasonic, SEM, microstructure, compressive strength
  • Masoud Moshrefifar Pages 69-82
    In this study, an aluminum matrix nanocomposite reinforced with oxide nanoparticles as well as intermetallic particles in the Al-Zr system was produced and optimized through mechanical milling. Results revealed that even long milling times of the powder mixture would not lead to the production of intermetallic phases in the Al-Zr system. This is while Al3Zr and Al2O3 phases form during subsequent heat treatment after milling by the implementation of the relevant reactions between the powder mixture components. After cold pressing and sintering, the hardness increased to 98 HV due to the presence of Al3Zr and Al2O3 phases. In addition, the wear resistance of the bulk samples decreased significantly.
    Keywords: Nanocomposite, Al3Zr, Al2O3, Mechanical Alloying, Heat Treatment, Cold pressing, Wear
  • Mahdi Kalantar, Maryam Mojahedian, Narges N. Vahidi Pages 83-96
    Hydroxyapatite due to its biocompatibility and chemical and biological affinity with bone tissue is used for orthopedic implant, dental implant, oral and maxillofacial surgery and as a coating film on metal or alloy implants. In this study, hydroxyapatite powders were synthesized with three different ratios of Ca/P = 1.6, Ca/P = 1.5 and Ca/P = 1.67 using sol-gel method and utilizing P2O5 and Ca(NO3)2.4H2O as starting materials. The X-ray diffraction (XRD) results reveal that the highest peak of hydroxyapatite and -TCP, a biphasic bioceramic with high ability of ossification, are found for the hydroxyapatite powder synthesized with Ca/P=1.6. Microstructural studies at high magnifications reveal a uniform distribution of hydroxyapatite nanoparticles (10-400 nm) while at low magnifications only clusters of nano-particles could be detected. The peak intensity of the TCP phase is increased after applying the sintering heat treatment for all three ratios of Ca/P. By increasing the Ca/P ratio from 1.5 to 1.6, the grain size of the sintered samples increased and the morphology of the microstructure became coarser. The biocompatibility evaluation of the synthesized hydroxyapatite indicate that increasing the ratio of Ca/P will increase the volume and rate of apatite formation on the surface of the sintered samples.
    Keywords: Hydroxyapatite, Sol, gel, Calcination, phase analysis, microstructure, Sintering, Bioactivity
  • Mohammad Hadi Ghavam, Maryam Morakabati, Seyed Mahdi Abbasi, Hassan Badri Pages 97-110
    The hot ductility of IMI834 alloy in two conditions of first hot rolling and second hot rolling has been studied by conducting tensile tests with a strain rate of 0.1 s−1 and temperature range of 800–1000 °C. In first hot rolling condition, IMI834 alloy showed little hot ductility in the temperature range 800–900 °C and ductility loss occurred at 850 °C. In second hot rolling condition, hot ductility increased at all temperatures and ductility loss is not occurred. Especially at 900 °C, hot ductility increased from 31% in first hot rolling to 95% in second hot rolling.
    Keywords: IMI834 Alloy, Hot Ductility, Hot Rolling Hot Tensile Test
  • Mehran Razaghi Ghaleh, Bahman Mirzakhani, Mahdi Raufi Pages 111-120
    Ionic polymer metal composites have recently been extensively used in various industries. These are a new generation of smart materials for fabrication of actuators. IPMC is a layered polymer-metal composite processed using advanced technology. The objective of this project is the production and processing of polypyrrole-gold-polyvinylidene fluoride (PVDF) composite. The porous PVDF membranes were first sputtered with gold as a conductive layer. The solution of propylene carbonate, pyrrole and lithium triflouromethane sulfonamide salt was employed as an electrolyte for electroplating of poly pyrrole on the gold layer under controlled conditions. The composite layers along with the influence of temperature, current and time of electroplating, electrolyte concentration and thickness of the gold layer on the characteristics of the IPMC were investigated using SEM and FTIR techniques. The results indicated that the thickness of poly pyrrole layer increased with an increase in the thickness of the gold layer and electroplating duration. Meanwhile, the optimum condition of electroplating was obtained in the sample containing 0.1 molar of pyrrole and lithium triflouromethane sulfonamide salt temperature of -25 °C.
    Keywords: Electro active polymers, Ionic polymer–metal composite (IPMC), Polyvinylidene fluoride (PVDF), gold coating, Polypyrrole