فهرست مطالب

فصلنامه مواد پیشرفته در مهندسی
سال سی و پنجم شماره 2 (تابستان 1395)

  • تاریخ انتشار: 1395/07/06
  • تعداد عناوین: 10
|
  • علیرضا خانجانی، علی قاسمی صفحات 1-10
    در این پژوهش نه لایه نازک NdFeB و FeCo با ضخامت 10-50 نانومتر بر زیرلایه 2 Si/SiOبه روش پراکنش امواج رادیویی مگنترونی تهیه شد. سیستم ایجاد شده در کوره عملیات حرارتی مادون قرمز در دمای 800 درجه سانتی گراد به مدت 5 ثانیه تحت عملیات بلوری شدن قرار گرفت. تحلیل فازی لایه ها به وسیله پراش پرتو ایکس بررسی و وجود فازB14Fe2Nd و 35Co65Fe بدون هیچ نوع فاز ثانویه دیگری تایید شد. سطح مقطع لایه ها به وسیله میکروسکوپ الکترونی روبشی مورد بررسی و مطالعه قرار گرفت. مورفولوژی سطح لایه ها توسط میکروسکوپ نیروی اتمی بررسی شد. به کمک مغناطومتر ارتعاشی با میدان مغناطیسی اعمالی kOe24 خواص مغناطیسی لایه ها شامل نیروی پسماندزدا، مغناطش اشباع، سطح حلقه پسماند، نسبت مربعی شدن و max(BH) مورد ارزیابی قرار گرفت. مشخص شد که تمام لایه ها ناهمسان گردی مغناطیسی عمودی دارند و با افزایش ضخامت لایه FeCo، مغناطش اشباع و نیروی پسماندزدا و مغناطش پسماند افزایش می یابد. نتایج نشان می دهد که با افزایش ضخامت لایه FeCo به 20 نانومتر، برهم کنش تبادلی بین لایه های سخت و نرم مغناطیسی افزایش می یابد و به همین دلیل حداکثر انرژی تولید شده توسط این ساختار ناهمگن افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: لایه چندگانه، منحنی پسماند، برهم کنش تبادلی
  • منصور اسدی، سید رحمان حسینی صفحات 11-30
    در این مقاله فرایندهای RRA، T73 و T6 با هدف ارتقای خواص مکانیکی آلیاژ آلومینیم 7075 انجام و سختی، استحکام کششی و استحکام خمشی آلیاژ مورد ارزیابی و مقایسه قرار گرفته است. به این منظور محلول سازی در دمای 530 درجه سانتی گراد به مدت 16 ساعت انجام شد. برای عملیات T6، پس از آنیل انحلالی، پیرسازی در دمای 150 درجه سانتی گراد به مدت 24 ساعت صورت گرفت. در فرایند T73 پس از آنیل انحلالی، نمونه در دو مرحله به ترتیب در دماهای 120 و 180 درجه سانتی گراد و به مدت 7 و 20 ساعت پیرسازی شد. عملیات RRA در سه مرحله انجام شد. مرحله اول همانند T6، مرحله دوم عملیات بازگشت در دمای 200 درجه سانتی گراد به مدت 20 دقیقه و در مرحله سوم مجددا پیرسازی همانند T6 انجام شد. بررسی ریز ساختار و سطح شکست نمونه ها توسط میکروسکوپ های نوری (OM) و الکترونی روبشی (SEM) انجام شد. برای بررسی ترکیب شیمیایی رسوب ها از طیف سنجی با تفکیک انرژی EDS)) استفاده شد. ارزیابی سختی، استحکام کششی و خمشی مطابق با استانداردهای ASTM E384-99 ، ASTM B557-06 و DIN 50121 انجام گرفت. عملیات RRA باعث افزایش استحکام کششی از 466 به 485 مگاپاسکال و سختی از 110 به 165 ویکرز شد. پس از عملیات T6 استحکام کششی از 466 به 505 مگاپاسکال و سختی از 110 به 160 ویکرز افزایش یافت. در فرایند T73 تغییری در استحکام کششی (465 مگاپاسکال) حاصل نشد ولی استحکام تسلیم از 394 به 410 افزایش و سختی از 110 به 84 ویکرز کاهش یافت. استحکام خمشی در فرایندهای T73، RRA و T6 به ترتیب از 797 به 844، 920 و 1030 مگاپاسکال افزایش یافت. با انجام فرایند RRA در دما و زمان بهینه سختی، استحکام کششی و استحکام خمشی فرایندهای T6 و T73 بهبود پیدا کرد.
    کلیدواژگان: آلومینیم 7075، آنیل انحلالی، پیرسازی، استحکام کششی، استحکام خمشی، سختی
  • سمیرا ریاحی، بهزاد نیرومند صفحات 31-45
    در این مقاله نتایج اولیه پژوهشی در مورد تاثیر نوع ریزساختار و زبری سطح بر زاویه ترشوندگی یک چدن هیپویوتکتیک با آب ارائه می شود. به این منظور ابتدا چدن مذاب با سرعت های متفاوت سرد شد و یک نمونه چدن خاکستری با توزیع گرافیت A و یک نمونه چدن سفید با ترکیب مشابه به دست آمد. سپس دو نمونه چدن در حالت های پولیش شده، چهار مرحله الکترواچ شده و چهار مرحله سنباده زده شده، تهیه و پس از اندازه گیری پروفیل زبری، زاویه ترشوندگی آن ها اندازه گیری شد. بیشترین و کمترین مقادیر زاویه ترشوندگی به دست آمده، بر روی سطح نمونه چدن سفید که در مراحل سنباده زنی با سنباده 80 و 800 مشاهده شد به ترتیب برابر با 42 و 13 درجه بود. در مورد سطوح الکترواچ شده، برای نمونه چدن سفید زاویه ترشوندگی با تغییر زبری سطح بین 25 تا 31 درجه تغییر کرد و بیشترین و کمترین مقدار زاویه ترشوندگی سطوح نمونه چدن خاکستری به ترتیب در مرحله اول (40 درجه) و مرحله سوم (25 درجه) الکترواچ به دست آمد. زوایای ترشوندگی سطوح سنباده زده شده این نمونه بین 27 تا 31 درجه متغیر بود. در ادامه فاکتور زبری سطوح با استفاده از رابطه ونزل و فاکتور کسر جامد در تماس با آب با استفاده از رابطه کسی-بکستر محاسبه و زوایای ترشوندگی ونزل و کسی-بکستر مربوط به این سطوح تعیین و با زوایای ترشوندگی که به وسیله آزمون ترشوندگی به دست آمده بود، مقایسه شد. نتایج نشان داد که ریزساختار و نوع فازهای سطحی، روش زبر کردن سطح و میزان زبری بر ترشوندگی سطوح چدن ها تاثیرگذار است و امکان تغییر زاویه ترشوندگی فلزات با اصلاح ساختار فازی، روش زبر کردن و میزان زبری سطح آن ها وجود دارد. هم چنین نشان داده شد که در نمونه چدن خاکستری، سطح نمونه پس از مراحل اول و دوم الکترواچ از رابطه کسی-بکستر و با افزایش زبری سطح پس از مراحل سوم و چهارم الکترواچ از رابطه ونزل پیروی می کند. سطح این نمونه در همه مراحل زبر شدن با سنباده از رابطه ونزل تبعیت نمود. نتایج نشان دهنده پیروی سطح نمونه چدن سفید از رابطه ونزل در همه مراحل الکترواچ بود. در حالت سنباده زده شده ، رفتار ترشوندگی سطح چدن سفید بسته به زبری سطح متغیر بوده، روند ثابتی نشان نداد.
    کلیدواژگان: زاویه ترشوندگی، زبری سطح، ریزساختار، چدن خاکستری، چدن سفید، الکترواچ، سنباده زدن
  • عبدالله مصلح، حمیدرضا شاهوردی، رضا پورصالحی صفحات 47-53
    در این پژوهش از روش انفجار الکتریکی سیم برای تولید نانوکامپوزیت آلومینیوم-CNT در محیط استون استفاده شد. به منظور سنتز نانوکامپوزیت آلومینیوم-CNT، ابتدا نانولوله های کربنی توسط دستگاه فراآوا در استون پخش شدند. سپس سیم آلومینیومی در این محیط منفجر شد. نمونه های سنتز شده به منظورمشخصه یابی تحت آزمون های طیف سنجی FTIR وTEM قرار گرفتند. نتایج نشان داد که نانوذرات سنتز شده کروی شکل و دارای میانگین اندازه ذرات 4 نانومتر هستند. هم چنین نانوذرات تولید شده در استون پایدار ماندند. نتایج نشان داد که برهم کنش خوبی بین نانوذرات آلومینیوم و نانولوله های کربنی در محیط استون وجود دارد. در نهایت می توان نتیجه گرفت که استون، محیطی مناسب برای سنتز نانوکامپوزیت آلومینیوم-CNT است چون در این محیط کامپوزیتی یکپارچه با توزیع مناسب نانوذرات به دست می آید.
    کلیدواژگان: انفجار الکتریکی سیم، نانوکامپوزیت، آلومینیوم، نانولوله کربنی، سنتز نانوذرات، محیط مایع
  • فریبا نظری، محسن حکیمی، حسین مختاری، امیرسجاد اسماعیلی صفحات 55-65
    در این پژوهش آسیاب کاری به عنوانی روشی برای ساخت آلیاژهایی دوتایی Mn-Ga و تاثیر آسیاب کاری بر فرایند تشکیل فاز نمونه های Mn:Ga با نسبت 2:1 و 3:1 در زمان های 1، 2 و 5 ساعت مورد مطالعه قرار گرفت. در نمونه های Mn:Ga با توجه به نتایج حاصل شده، ترکیب Mn1.86Ga با ساختار تتراگونال و گروه فضایی I4/mmm فاز پایدار بود و هم چنین مقادیری از ترکیب Mn3Ga با ساختار اورتورومبیک و گروه فضایی Cmca در محصول شناسایی شد. اثر افزودن Ge نیز با هدف جانشین کردن اتم Ge با اتم Ga ، با مطالعه در نمونه Mn:Ga:Ge با نسبت5/0: 5/0: 3 مطالعه شد. با این که بهبود ویژگی های مغناطیسی با افزودن Ge قابل انتظار است، اما برای نمونه مورد بررسی افزایش وادارندگی رخ داد و مغناطش اشباع نمونه تغییر محسوسی نداشت. افزایش Ge سبب از بین رفتن شانس تولید فاز نامتقارن اورتورومبیک Mn3Ga شد و در مقابل دو ساختار جدید Mn11Ge8 و MnGaGe در نمونه ایجاد شد. این تحول فازی با مطالعه رفتار مغناطیسی نمونه ها تایید شد. این رفتار می تواند از نیروهای نامتوازن الکترواستاتیک مرتبط با برهم کنش تبادلی منگنز در ترکیب ساختار اورتورومیبک Mn3Ga و جایگزین شدن برخی اتم های Ge با Ga ناشی شده باشد.
    کلیدواژگان: آسیاب کاری، ساختار بلوری، خواص مغناطیسی، منگنز، گالیوم، ژرمانیوم
  • شهرام احمدی، حمیدرضا شاهوردی صفحات 67-81
    هدف این پژوهش ارزیابی قابلیت شیشه ای شدن در نسل جدیدی از آلیاژهای آمورف پایه آهن و رویکرد اصلی، ارزیابی تاثیر افزودن عنصر آلیاژی نایوبیم بر افزایش قابلیت شیشه ای شدن آلیاژهای Fe55-xCr18Mo7B16C4Nbx (X=0، 3، 4، 5) است. شمش های اولیه در کوره ذوب القایی تحت خلا و نوارهای مورد نیاز برای بررسی های سینتیکی و ساختاری با استفاده از فرایند ذوب ریسی1 تهیه شدند. بررسی های سینتیکی به کمک داده های حاصله از آزمون های اسکن گرمایی افتراقی2 (DSC) صورت گرفت. نتایج نشان داد که افزودن عنصر آلیاژی نایوبیم به ترکیب شیمیایی آلیاژها، سبب افزایش گرانروی و هم چنین قابلیت شیشه ای شدن آلیاژها می شود. ضمنا مشخص شد که استحاله غیرشیشه ای شدن در آلیاژها از طریق مکانیزم جوانه زنی و رشد صورت می پذیرد.
    کلیدواژگان: قابلیت شیشه ای شدن، ذوب ریسی، گرانروی، استحاله غیرشیشه ای شدن، آزمون اسکن گرمایی افتراقی
  • مرتضی سروری، مهدی دیواندری صفحات 83-94
    در پژوهش حاضر فرایند ریخته گری گریز از مرکز برای تولید جفت فلزی منیزیم-آلومینیم مورد استفاده قرار گرفت. مذاب منیزیم در دمای 700 درجه سانتی گراد با نسبت های حجمی مذاب-جامد 5/1 و 3 درون جامد آلومینیمی پیش گرم شده تا دمای 450 درجه سانتی گراد و در حال دوران در سرعت های 800، 1200، 1600 و 2000 دور بر دقیقه ریخته گری شد. نمونه ها درون دستگاه ریخته گری گریز از مرکز تا رسیدن به دمای 150 درجه ی سانتی گراد به آرامی سرد شدند. بررسی های تاثیر نسبت حجمی مذاب-جامد نشان داد که افزایش نسبت حجمی از 5/1 به 3، به دلیل غلبه نیروی انقباضی بر برایند نیروهای وارد بر فصل مشترک، منجر به از بین رفتن اتصال متالورژیکی در فصل مشترک منیزیم-آلومینیم می شود. بررسی های تحلیل میکروسکوپی الکترونی مجهز به طیف سنج پراش انرژی پرتو ایکس (EDS) و پرتو ایکس (XRD) نشان داد که ترکیبات بین فلزی Al3Mg2 و Al12Mg17 و ساختار یوتکتیک δ+Al12Mg17 (δ محلول جامد منیزیم در آلومینیم) در فصل مشترک تشکیل می شوند. تصویر میکروسکوپی نیروی اتمی (AFM) از سطح آلومینیم نشان داد که سطح در ابعاد اتمی دارای پستی و بلندی است که می تواند منجر به تشکیل حفره های گازی در فصل مشترک شود.
    کلیدواژگان: منیزیم، آلومینیم، ریخته گری گریز از مرکز، فصل مشترک، ترکیبات بین فلزی، نیروی انقباضی
  • محمد رضوانی، کیوان رئیسی، فتح الله کریم زاده صفحات 95-113
    در این پژوهش به بررسی خواص فولاد زنگ نزن کروفر تولید شده به روش آلیاژسازی مکانیکی که به عنوان صفحات اتصال دهنده پیل های سوختی اکسید جامد استفاده می شود، پرداخته شده است. این آلیاژ پس ازمخلوط شدن پودرهای مورد نظر و آلیاژسازی به مدت 40 ساعت تولید شد. برای ایجاد نمونه ای با چگالی بالا از روش سینتر کردن جرقه-پلاسما در دمای 1100 درجه سانتی گراد و با اعمال تنش 50 مگاپاسکال در مدت 10 دقیقه استفاده شد. برای رسیدن به خواص مطلوب شامل مقاومت الکتریکی پایین و مقاومت به اکسیداسیون بالا، تعدادی از نمونه ها به روش رسوب دهی الکتریکی با چگالی جریان 150 میلی آمپر بر سانتی متر مربع در مدت 40 دقیقه پوشش منگنز-کبالت داده شدند. در ادامه با توجه به خواصی که یک صفحه اتصال دهنده در پیل سوختی اکسید جامد باید داشته باشد، مقاومت به اکسیداسیون و مقاومت الکتریکی نمونه های پوشش دار و بدون پوشش مورد بررسی قرار گرفت. رفتار اکسیداسیونی نمونه های پوشش دار و بدون پوشش در مدت زمان اکسیداسیون 100 ساعت در هوا در دمای 800 درجه سانتی گراداز هیچ قانونی پیروی نکرد و نمودار آن به صورت سینوسی بود. مقاومت الکتریکی نمونه های بدون پوشش در محدوده ی 1/0-2/0 میلی اهم سانتی متر مربع بود، لیکن مقاومت الکتریکی نمونه های پوشش دار بعد از 100 ساعت اکسیداسیون به مقداری کم تر از نمونه متناظر بدون پوشش خود رسید.آلیاژ تولید شده به روش آلیاژ سازی مکانیکی در مقایسه با آلیاژ تجاری تولید شده به روش ریخته گری، رفتار اکسیداسیون مشابهی را پس از 100 ساعت اکسیداسیون از خود نشان داد، اما نمونه تولید شده به روش آلیاژسازی مکانیکی مقاومت الکتریکی سطحی به مراتب کم تری از نمونه ی تجاری خود دارا بود.
    کلیدواژگان: پیل سوختی اکسید جامد، صفحات اتصال دهنده، آلیاژسازی مکانیکی، اکسیداسیون، مقاومت سطحی ویژه
  • سهیل توسلی، مهرداد عباسی، رامین تهوری صفحات 115-129
    هدف از این مقاله، بررسی تشکیل ترکیبات بین فلزی در فصل مشترک دوفلزی آلومینیوم و مس است که از روش ریخته گری مرکب مذاب آلومینیوم درون لوله مسی جامد تولید می شوند. مکانیزم تشکیل ترکیبات بین فلزی در فصل مشترک و اثرات دمای بارریزی مذاب آلومینیوم و دمای پیشگرم لوله مسی جامد بر نوع و ضخامت ترکیبات بین فلزی بررسی شد و ریزساختار فصل مشترک Al/Cu به وسیله میکروسکوپ نوری و ریزتحلیلگر پروب الکترونی (EPMA) شناسایی شد. نتایج مبین این است که فصل مشترک از سه لایه اصلی شامل لایه I ترکیب یوتکتیک α-Al/Al2Cu ، لایه II ترکیب بین فلزی Al2Cu(θ) و لایه III شامل چندین ترکیب بین فلزی مانند AlCu، Al3Cu4، Al2Cu3 و Al4Cu9 تشکیل شده است. با توجه به ترکیب هایپریوتکتیک مذاب، در فصل مشترک ابتدا لایه II با مکانیزم جوانه زنی و رشد فاز θ، سپس لایه I با مکانیزم انحلال و انجماد و در انتها لایه III با مکانیزم استحاله فازی حالت جامد به وجود آمده است. افزایش دمای مذاب آلومینیوم و پیشگرم مس جامد منجر به افزایش ضخامت ترکیبات بین فلزی در فصل مشترک و در نتیجه افزایش مقاومت الکتریکی ویژه و کاهش استحکام پیوند Al/Cu شد که با توجه به نتایج آزمون تجربی به نظر می رسد استحکام پیوند تحت تاثیر ضخامت لایه های II و III باشد.
    کلیدواژگان: ریخته گری مرکب، دوفلزی Al، Cu، تشکیل ترکیبات بین فلزی، استحکام پیوند، ریزسختی سنجی، مقاومت الکتریکی
  • مائده رضازاده، محمدرضا سائری، فرهنگ تیرگیر مال خلیفه، علی دوست محمدی صفحات 131-144
    هدف از اجرای پژوهش حاضر، بررسی مقایسه ای اثر افزودن نانوذرات بیوسرامیک دیوپسید و سیلیکا سولفوریک اسید به جزء سرامیکی سیمان گلاس آینومر، به منظور ارتقاء خواص مکانیکی آن بود. به این منظور، ابتدا نانوذرات دیوپسید (DIO) با ترکیب شیمیایی (CaMgSi2O6)، به روش سل- ژل ساخته و مشخصات ساختاری و مورفولوژی نانوذرات دیوپسید تعیین شد. نتایج بررسی میکروسکوپی الکترونی (SEM) و اندازه گیری توزیع ذرات لیزری (PSA)، ابعاد نانومتری دیوپسید و آگلومره بودن ذرات آن را نشان داد. هم چنین نتایج آزمون پراش پرتو ایکس، خالص بودن ترکیب نانو ذرات دیوپسید را تایید نمود. نانوذرات سیلیکا سولفوریک اسید(SSA)، نیز از طریق اصلاح شیمیایی سطح نانوذرات سیلیس توسط کلروسولفونیک اسید ساخته شده و از آزمون طیف سنجی تبدیل فوریه فروسرخ (FTIR) برای تایید حضور گروه های (SO3H) بر روی سطح این نانوذرات استفاده شد. در ادامه، با افزودن نانوذرات دیوپسید و سیلیکا سولفوریک اسید در مقادیر 1/0، 3 و 5 درصد وزنی به جزء سرامیکی سیمان گلاس آینومر تجاری (Fuji II GIC)، نانوکامپوزیت های سیمان گلاس آینومر ساخته شد و از آزمون های استحکام فشاری، خمشی به روش سه نقطه ای و کششی قطری برای بررسی خواص مکانیکی آن ها استفاده شد. نتایج آزمون طیف سنجی تبدیل فوریه فروسرخ، حضورگروه های (SO3H) را در سطح نانوذرات سیلیس نشان داد. مقادیر استحکام فشاری، استحکام خمشی و استحکام کششی قطری سیمان گلاس آینومر بدون افزودنی به ترتیب 5/42 ، 4/15 و6 مگاپاسکال بود. اگرچه افزودن یک درصد سیلیکا سولفوریک اسید در حدود 122 درصد این خواص را بهبود داد اما بیشترین میزان افزایش در خواص مکانیکی نانوکامپوزیت های حاوی 3 درصد دیوپسید بود که رشد160 درصدی را نشان داد.
    کلیدواژگان: سیمان گلاس آینومر، نانو ذرات دیوپسید، سیلیکا سولفوریک اسید، سل، ژل، خواص مکانیکی
|
  • A. R. Khanjani, A. Ghasemi Pages 1-10
    In this study, nine Nd-Fe-B and FeCe thin films with 10-50 nanometers width were prepared by RF magnetron sputtering on the Si/SiO2 substrate. Then, the films were annealed at 800 oC for 5 sec in rapid thermal annealing furnace. X-ray diffractometry (XRD) was used to analyze the phase composition of layers and existance of Nd2F14 and Fe65Co35 phase was confirmed, without formation of any other secondary phase. The layers surfaces were investigated using Field Emission Scanning Electron Microscope (FESEM). The morphology of layers surfaces was investigated using Atomic Force Microscope (AFM). The magnetic properties of layers were evaluated by vibrating sample magnetometer with maximum applied field of 24kOe, in order to measure coercivity, saturation of magnetization, hysteresis area, rectangular ratio and (BH)max. It was found that all layers have vertical magnetic anisotropy. Increasing thickness of FeCo resulted in increasing saturation of magnetization, coercivity and saturation magnetization. The results indicate that by an increase in thickness of FeCo up to 20nm, exchange interaction strength between hard and soft magnetic layers is enhanced and, consequently, maximum energy induced from this hetero-structure is increased.
    Keywords: Multilayer, Hysteresis curve, Exchange interaction
  • M. Assadi, S.R. Hosseini Pages 11-30
    In the present article, RRA, T73 and T6 heat treatments were carried out to improve mechanical properties of 7075 aluminum alloy and its hardness, tensile and bending strengths were evaluated. For this purpose, solution annealing was performed at 530 ºC for 16 h. For T6 treatment, aging was executed at 150 ºC for 24 h after solution annealing. In T73, aging treatment was done in two stages after solution annealin, at 120 and 180 ºC for 7 and 20 h, respectively. RRA treatment was performed in three stages. The first stage was the same as T6 treatment, the second stage constitutes tempering at 200 ºC for 20 min and in the third stage aging process was repeated like T6 treatment. Evaluation of the microstructures and fractured surfaces were performed with optical microscopes (OM) and scanning electron microscopes (SEM). Energy dispersive spectroscopy (EDS) was used to study the chemical composition of precipitates. Hardness, tensile and bending strength were evaluated according to ASTM E384-11e1, ASTM B557-06 and DIN 50121 standards. RRA treatment increased tensile strength from 466 to 485 MPa and hardness from 110 to 165 Vickers. After T6 treatment, tensile strength increased from 466 to 505 MPa and hardness from 110 to 160 Vickers. In T73 process, the tensile strength remained almost constant (465 MPa) but yield strength increased from 394 to 410 MPa and hardness decreased from 110 to 84 Vickers. The bending strength increased from 797 to 844, 920 and 1030 MPa in T73, RRA and T6 processes, respectively. By applying RRA process in optimized temperature and time, hardness, tensile and bending strengths of 7075 aluminum alloy were enhanced from 5 to 15% compared to that of T6 and T73 processes.
    Keywords: Aluminum 7075, Solution annealing, Aging, Tensile strength, Bending strength, Hardness
  • S. Riahi, B. Niroumand Pages 31-45
    Preliminary results of a research on the effects of microstructure and surface roughness of a hypoeutectic cast iron on its wetting angle are presented in this article. For this purpose, molten cast iron was solidified at different cooling rates to produce two samples of the same composition, i.e. a gray cast iron with A type flake graphite and a white cast iron. Two samples were then prepared in polished, electroetched (four different stages) and mechanically abraded (four different stages) conditions and their wetting angles were measured after evaluating their roughness profile. Maximum and minimum wetting angles were observed on white cast iron surfaces roughened with 80 and 800 sand papers which were equal to 42 and 13 degrees, respectively.Wetting angles of electroetched white cast iron surfaces varied between 25 and 31 degrees by varying surface roughness. Maximum and minimum wetting angles on the surface of gray cast iron were obtained in stage one (40 degree) and stage three (25 degree) of electroetching, respectively. Wetting angles on mechanically abraded surfaces of this sample varied between 27 and 31 degrees. Then, the surface roughness factor and the solid fraction in contact with water were calculated using Wenzel equation and Cassie Baxter equation, respectively, and Wenzel and Cassie-Baxter wetting angles of the surfaces were calculated and were compared with their corresponding measured wetting angles. The results indicated that the surface microstructure and the type of constituents present at the surface, surface-roughening method and surface-roughness value influence the cast iron surface wettability, and it is possible to modify metal wetting angle by modification of its structure, surface-roughness method and surface-roughness value. It was also shown that in gray cast iron, the wetting behavior of the electroetched surfaces followed Cassie-Baxter equation in the first and second stages of electroetching and followed Wenzel equation at higher surface roughness (third and fourth stages of electroetching). In all stages of mechanically abrading, the surface of this sample followed Wenzel equation. The wetting behavior of the white cast iron followed Wenzel equation in all electroetching stages. In mechanically abraded conditions, the white cast iron wettability was variable and depended on the surface roughness.
    Keywords: Wetting angle, Surface roughness, Microstructure, Gray cast iron, White cast iron, Electroetching, Mechanical, abrasion
  • A. Mosleh, H. Shahverdi, R. Poursalehi Pages 47-53
    In this study, electrical wire explosion has been used to produce aluminum carbon nanotube (Al-CNT) nanocomposite particles in acetone medium. In order to synthesize Al-CNT nanocomposites, initially, CNTs were ultrasonically dispersed. Then, aluminum wire was exploded in this medium. Synthesized samples were characterized by Fourier Transform Infrared (FTIR) spectroscopy and Transmission Electron Microscopy (TEM) methods. The results exhibited formation of spherical nanoparticles in the medium. The average diameter of nanoparticles was 4 nm. Moreover, attained nanoparticles remained stable in acetone. Results revealed a good interaction between aluminum nanoparticles and CNTs in this medium. It is concluded that acetone is a suitable medium for synthesizing Al-CNT nanocomposite as appropriate dispersion of Al-CNT nanoparticles can be achieved in this medium.
    Keywords: Electrical wire explosion, Nanocomposite, Aluminum, CNT, Nanoparticle synthesis, Liquid media
  • F. Nazari, M. Hakimi, H. Mokhtari, A.S. Esmaeily Pages 55-65
    In this paper, milling was investigated as a method for production of Mn-Ga binary alloys and the effect of milling process on phase formation of Mn:Ga samples with 2:1 and 3:1 ratio within 1, 2 and 5 hour milling times was studied. For Mn:Ga samples, according to the results, Mn1.86Ga compound with tetragonal structure and I4/mmm space group was a stable phase. Also, some amounts of Mn3Ga compound with orthorhombic structure and Cmca space group was observed in the Mn:Ga solution. The effect of Ge addition, with the purpose of replacing Ge with Ga was also studied in Mn:Ga:Ge (3:0.5:0.5) sample. Although improved magnetic properties is expected with the addition of Ge, but increasing the coercivity was occurred, and saturation magnetization did not change significantly in the studied sample. Ge addition caused elimination of the possibility of formation of asymmetric orthorhombic Mn3Ga phase. In return, two new structures of Mn11Ge8 and MnGaGe were appeared. This phase change was confirmed by studying magnetic behaviour of samples. This behavior can be caused by unbalanced electrostatic forces resulting from Mn-Mn exchange interaction in Mn3Ga orthorhombic structure and substitution of some Ge atoms with Ga.
    Keywords: Milling, Crystal structure, Magnetic properties, Mn, Ga, Ge
  • S. Ahmadi, H. R. Shahverdi Pages 67-81
    In this research, Glass Form Ability (GFA) has been investigated in the new class of Fe-based amorphous alloys. Indeed, the main purpose is to evaluate the effects of alloying with niobium on glass form ability of Fe55-xCr18Mo7B16C4Nbx (X=0, 3, 4, 5) alloys. Vacuum induction melting (VIM) was utilized for production of primary ingots and melt spinning process was used for production of thin ribbons required for kinetic and structural investigations. Kinetic analysis was done using the data obtained from Differential Scanning Calorimetry (DSC) tests. Results showed that GFA and viscosity were enhanced by Nb alloying. It was also determined that devitrification transformation was accomplished in alloys by nucleation and growth mechanisms.
    Keywords: Glass Form Ability (GFA), Melt, spinning, Viscosity, Divitrification transformation, Differential Scanning Calorimetry (DSC)
  • M. Sarvari, M. Divandari Pages 83-94
    In this study, centrifugal casting process was used for producing Al/Mg bimetal. Molten Mg was poured at 700 oC, with 1.5 and 3 melt-to-solid volume ratio (Vm/Vs) into the 450 oC preheated solid Al rotating at 800, 1200, 1600 and 2000 rpm. Castings were kept inside the centrifuged casting machine and cooled down to 150 oC. Investigating the effect of melt-to-solid volume ratio showed that increasing volume ratio from 1.5 to 3 results in diminishing metallurgical bonding in Al/Mg interface, because the force of contraction overcomes the resultant force acted on the interface. The results of study by scanning electron microscope (SEM) equipped with energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) and X-ray diffraction (XRD) showed that bimetal compounds of Al3Mg2, Al12Mg17 and δɝ瘲ൻ eutectic structure (δ is the solid solution of Mg in Al) are formed in the interface. Atomic force microscopy (AFM) image of Al surface showed that the surface was rough in atomic dimentions, which can result in the formation of gas pores in the interface.
    Keywords: Al, Mg, Centrifugal casting, Interface, Intermetallic compounds, Force of contraction
  • M. Rezvani, K. Raeissi, F.L. Karimzadeh Pages 95-113
    This study has examined the properties of Crofer 22APU stainless steel produced by mechanical alloying for using as interconnect plates in solid oxide fuel cells.This alloy was produced by mixing the source powders and mechanical alloying for 40 hours. For creating a sample with high density, spark-plasma sintering was applied at 1100 °C and 50 Mpa stress for 10 minutes. To achieve the desired properties such as low electrical resistance and high oxidation resistance, a number of samples were coated by manganese-cobalt using electrodiposition technique at current density of 150 mA/cm 2 for 40 minutes. Then, considering the properties required for an interconnect plate of solid oxide fuel cell, oxidation resistance and electrical resistance of the coated and uncoated samples were investigated. Oxidation behavior of the coated and uncoated samples, after 100 hours oxidation in air at 800°C did not follow any rule and its curve was a sinus type. The electrical resistance of uncoated samples was in the range of 0.1-0.2 mOhm.cm2, but the electrical resistance of the coated samples after 100 h oxidation reached to a less ammount than that of the corresponding uncoated ones. The alloy produced by mechanical alloying method, compared with commercial ones produced by casting methods, showed similar oxidation behavior after 100 h oxidation, but it had a surface electrical resistance far less than its commercial ones.
    Keywords: Solid oxide fuelcell, Interconnect plate, Crofer22APU, Mechanical alloying, Oxidation, Area specific resistance
  • S. Tavassoli, M. Abbasi, R. Tahavvori Pages 115-129
    The purpose of this article is to study the formation of intermetallic compounds (IMCs) at the interface of Al/Cu bimetal produced by compound casting of molten Al in solid copper tubes. The mechanism of the intermetallic compounds formations at the interface, the effects of molten aluminum pouring temperature and solid copper tubes preheating tempreture, were investigated on the IMCs type and thickness and Al/Cu interface microstructures were characterized by optical microscope (OM) and electron probe micro-analyzer (EPMA). Results show that the interface consists of three main layers, where Layer (I) is α-Al/Al2Cu eutectic structure, layer (II) is intermetal of Al2Cu and layer (III) constituites several intermetallic compounds such as AlCu, Al3Cu4, Al2Cu3 and Al4Cu9. Considering the components of hypereutectic melt at the interface, initially layer (II) was formed by θ phase nucleation and growth mechanism, then layer (I) was formed by Al and Cu dissolving and solidification. Finally layer (III) was formed by solid-state phase diffusion. Raising molten Al temperature and preheating solid Cu leads to increase of the intermetallic compounds thickness at interface which consequently increases the specific electrical resistance and decreases the Al/Cu bond strength. From experimental results it seems that the bond strength is affected by the thicknesses of layer II and III.
    Keywords: Compound casting, Al, Cu bimetal, Intermetallic compound formation, Bond strength, Microhardness, Electrical resistivity
  • M. Rezazadeh, M.R. Saeri, F. Tirgir Malkhlifeh, A. Doostmohammdi Pages 131-144
    The aim of the present study is to study the effects of adding diopside (CaMgSi2O6) as well as silica sulfuric acid nanoparticles to ceramic part of glass ionomer cement (GIC) in order to improve its mechanical properties. To do this, firstly, diopside (DIO) nanoparticles with chemical formula of CaMgSi2O6 were synthesized using sol-gel process and then, the structural and morphological properties of synthesized diopside nanoparticles were investigated. The results of scanning electron microscopy (SEM) and particle size analyzing (PSA) confirmed that synthesized diopside are nanoparticles and agglomerated. Besides, the result of X-ray diffraction (XRD) analyses approved the purity of diopside nanoparticles compounds. Silica sulfuric acid (SSA) nanoparticles are also prepared by chemical modification of silica nanoparticles by means of chlorosulfonic acid. Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) technique was used to find about the presence of the (SO3H) groups on the surface of silica sulfuric acid nanoparticles. Furthermore, various amounts (0.1, 3 and 5 wt.%) of diopside and silica sulfuric acid nanoparticles were added to the ceramic part of GIC (Fuji II GIC commercial type) to produce glass ionomer cement nanocomposites. The mechanical properties of the produced nanocomposites were measured using the compressive strength, three-point flexural strength and diametral tensile strength methods. Fourier transform infrared spectroscopy technique confirmed the presence of the (SO3H) groups on the surface of silica nanoparticles. The compressive strength, three-point flexural strength and diametral tensile strength were 42.5, 15.4 and 6 MPa, respectively, without addition. Although adding 1% silica solfonic acid improved nanocomposite mchanical properties by almost 122%, but maximum increase in nanocomposite mechanical properties was observed in the nanocomposites with 3% diposid, in which 160% increase was seen in the mechanical properties.
    Keywords: Glass ionomer cement, Diopside nanoparticles, Silica sulfuric acid, Sol, gel, Mechanical properties