فهرست مطالب

مواد نوین - سال هفتم شماره 1 (پیاپی 25، پاییز 1395)

مجله مواد نوین
سال هفتم شماره 1 (پیاپی 25، پاییز 1395)

  • تاریخ انتشار: 1395/07/25
  • تعداد عناوین: 8
|
  • محمود شایسته فر*، سعید باغشاهی، بهمن میرهادی صفحات 1-12
    در این پژوهش نانو ذره کاربید زیرکونیم به روش سل - ژل تهیه شد. روش سل - ژل معمولا برای سنتز ترکیبات اکسیدی به کار می رود، اما در این تحقیق یک پودرکاربیدی بسیار ارزشمند با این روش تهیه شده است. به منظور تهیه پودر فوق از زیرکونیم پروپکساید و ساکاروز به ترتیب به عنوان منابع زیرکونیم و کربن استفاده شد. سل اولیه در پنج pH متفاوت تهیه و اثر pH بر خواص پودر به دست آمده مورد بررسی قرار گرفت. با عملیات حرارتی بر روی ژل های تهیه شده در محدوده دمایی 1400- 700 به ترتیب مخلوط پودری کربن و زیرکونیا و به دنبال آن کاربید زیرکونیم حاصل شد. آنالیز حرارتی برای بررسی رفتار حرارتی ژل های ساخته شده، پراش پرتو ایکس برای بررسی ساختاری و میکروسکوپ الکترونی روبشی برای بررسی ریزساختاری پودر تهیه شده مورد استفاده قرار گرفت. نتایج نشان داد افزایش pH نقش موثری در افزایش راندمان واکنش جهت تولید پودر کاربید زیرکونیم به همراه دارد. هم چنین نتایج نشان داد افزایش pH نقش چشم گیری هم در کاهش محدوده اندازه ذرات دارد. به نحوی که اندازه ذرات پودرهای تهیه شده در pH های 2/4، 2/5 و 2/6 به ترتیب در محدوده 190-130، 150-90 و 100-50 نانومتر می باشد. هم چنین مشخص شد، تغییرات pH تاثیری بر مورفولوژی ذرات که کروی شکل هستند، ندارد.
    کلیدواژگان: سل، ژل، نانو ذره، کاربید زیرکونیم، اندازه ذرات
  • حامد فتاحی*، مهدی جلالی عزیزپور صفحات 13-22
    در پژوهش حاضر سعی شده است، تحلیل تنش پسماند در ورق آلومینیومی آلیاژ 5083AA به روش شکل دهی داغ توسط گاز با استفاده از آزمایش های تجربی انجام گردد. سپس به وسیله روش اجزاء محدود و مقایسه آن با آزمایش های تجربی انجام شده، صحت این شبیه سازی ها مورد بررسی و تحلیل قرار داده شد. هدف از این پژوهش، تبیین روشی کارا جهت تعیین تنش های به وجود آمده در این روش شکل دهی می باشد. لذا تنش القایی در مخروط ناقص شکل داده شده توسط روش مذکور بوسیله ی روش سوراخکاری مرکزی اندازه گیری شد. تنش معادل در آزمایش تجربی برابر با 5/44 مگاپاسکال به دست آمد. سپس تنش پسماند فرآیند شکل دهی داغ ورق توسط گاز و با بهره گیری از روش تحلیل المان محدود در حالت وابسته به دما بررسیشد. بدین منظور از نرم افزار المان محدودABAQUS/Explicit برای شبیه سازی فرآیند شکل دهی استفاده شد. حداکثر انحراف نتایج محاسبات المان محدود و آزمایش تجربی برای تنش بیشینه ی موجود در قطعه 7% تعیین شد. از این رو نتیجه گرفته شد که با استفاده از محاسبات المان محدود می توان مطالعه ی دقیقی بر روی روش شکل دهی داغ توسط گاز داشت.
    کلیدواژگان: شکل دهی، تنش پسماند، سوراخ کاری، المان محدود، آلیاژ
  • محمدهادی مقیم، سید مجتبی زبرجد* صفحات 23-30
    در پژوهش حاضر، نمونه های استاندارد از جنس پلی یورتان گرماسخت با استفاده از روش ریخته گری محلول تهیه شدند. جهت بررسی تاثیر نرخ کرنش بر خواص مکانیکی پلی یورتان، نمونه های استاندارد در دمای محیط و در نرخ های کرنش متفاوت (5-10 × 2 تا 1-s 2-10 × 2) تحت آزمون کشش قرار گرفته و با استفاده از نتایج آزمون کشش و روابط مدل ایرینگ، آنتالپی فعال سازی بدست آمد. هم چنین مشخصه یابی شیمیایی و حرارتی نمونه ها توسط آزمون های مادون قرمز، آنالیز دینامیکی- مکانیکی و آنالیز توزین حرارتی انجام پذیرفت. سطح شکست نمونه ها نیز توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج آزمون کشش نشان داد که با افزایش نرخ کرنش استحکام کششی و مدول الاستیک نمونه ها به ترتیب بیش از 80 و 300 درصد افزایش یافته و این در حالی است که کرنش شکست پلی یورتان تا بیش از 50 درصد کاهش می یابد. با بررسی تصاویر میکروسکوپی مشخص است که با افزایش نرخ کرنش، سطح شکست نمونه ها به سمت شکست ترد میل می کند. در انتها نیز با استفاده از روابط مدل ایرینگ آنتالپی فعال سازی kJ/mol 49/45 محاسبه گردید که نتیجه جدیدی برای پلی یورتان گرماسخت به حساب می آید.
    کلیدواژگان: پلی یورتان، مدل ایرینگ، خواص مکانیکی، نرخ کرنش
  • زهرا غافری*، شهریار شرفی، محمد ابراهیم بحرالعلوم صفحات 31-44
    در این تحقیق پوشش های نانوساختار آهن-کبالت-تنگستن به روش آبکاری جریان مستقیم بر روی زیر لایه مسی حاصل شد. نتایج نشان داد که چگالی جریان پوشش دهی و نیز ترکیب شیمیایی محلول بر خواص مغناطیسی و ساختاری اثرگذار است. مورفولوژی پوشش های بدست آمده از دو حمام آبکاری متفاوت بوده و با افزایش چگالی جریان آبکاری مقدار فاز fcc موجود در ساختار دو فازی fcc+bcc کاهش یافت. مشاهده شد که پارامترهای آبکاری تاثیر چشمگیری بر روی تغییرات اندازه دانه نداشته و اندازه دانه پوشش ها کمتر از 20 نانومتر گزارش شد. با افزایش چگالی جریان، رسوب دهی تحت کنترل نفوذ درآمده و مقدار تنگستن رسوب کرده و در نتیجه میکروسختی پوشش ها کاهش یافت. با توجه به نتایج حاصل از پراش پرتو ایکس (XRD) و نیز مغناطش سنج نمونه لرزان (VSM)می توان تغییرات گسترده در مقدار وادارندگی را به تغییرات فازی در این پوشش ها مربوط دانست.
    کلیدواژگان: خاصیت مغناطیسی، آبکاری الکتریکی، نانوساختار، آهن، کبالت، تنگستن
  • مهدی کاویانی، غلامرضا ابراهیمی* صفحات 45-58
    به منظور بررسی تاثیر بافت اولیه و پارامترهای ترمومکانیکی بر رفتار کار گرم آلیاژ منیزیم AZ63، رفتار سیلان ماده، بافت تغییر شکل حاصل از فشار گرم نمونه های ریختگی و نمونه های اکسترود شده با یکدیگر مقایسه شده است. نمونه های اکسترود شده در دو جهت اکسترود و جهت نرمال ماشین کاری شدند. آزمون های فشار گرم در دمای C° 250 و نرخ کرنش های s-1 1 و s-1 01/0 و کرنش های متفاوت انجام شدند. مشاهدات ریزساختاری و بررسی بافت ها در شرایط تغییر شکل متفاوت نشان دهنده این است که حضور دوقلویی های کششی و فشاری در نمونه های اکسترود شده و دوقلویی های کششی در نمونه های ریخته گری شده، تاثیر به سزایی در تغییرات بافت نمونه ها در کرنش های اولیه تغییر شکل و هم چنین تبلور مجدد در کرنش های پایانی نمونه های اکسترود شده داشته است.
    کلیدواژگان: آلیاژ منیزیم AZ63، بافت، دوقلویی، تبلور مجدد دینامیکی
  • مهدی ضرونی *، رضا اسلامی فارسانی صفحات 59-70
    در مطالعه حاضر، ورق های آلیاژ آلومینیم 5083 به وسیله روش ترکیبی جوشکاری- لحیم کاری با به کار بردن پرکننده های سیمی 4043 و 4047 به ورق های فولاد گالوانیزه متصل شدند. اندازه حرارت ورودی جوش و نوع فلز پر کننده روی خواص ریز ساختاری و مکانیکی اتصال حاصل شده موثر اند. نتایج بدست آمده از مشاهده های ریز ساختاری نشان داد که در حرارت ورودی مشابه، ضخامت لایه ترکیب بین فلزی ترد برای اتصال ایجاد شده با فلز پرکننده 4047 تقریبا نصف ضخامت این لایه در اتصال ایجاد شده با فلز پرکننده 4043 است. نتایج آنالیز طیف سنجی پراش انرژی پرتو ایکس نشان داد که لایه ترکیب بین فلزی شکل گرفته در فصل مشترک فولاد- فلز جوش در طرف فولادی شامل فاز آهن- (آلومینیم، سیلیسیم) با نسبت اتمی 1/3 و در طرف فلز جوش شامل فاز آهن- آلومینیم- سیلیسیم با نسبت اتمی 17/73/10 می باشد. مشاهده شد که اتصال ایجاد شده با فلز پرکننده 4047 استحکام مکانیکی بالاتری را (170 مگاپاسکال) نسبت به اتصال مشابه ایجاد شده با فلز پرکننده 4043 (120مگا پاسکال) از خود نشان داد. نتایج آنالیز پراش پرتو ایکس بر سطح شکست نمونه ها، حضور فاز آهن- آلومینیم- سیلیسیم با نسبت اتمی 6/1/1 را نشان داد. افزون بر آن، در اتصال های ایجاد شده با فلز پرکننده 4047 فاز آهن- سیلیسیم با نسبت اتمی1/2 که ناشی از فوق اشباع شدن سیلیسیم در ترکیب بین فلزی است، مشاهده گردید.
    کلیدواژگان: حرارت ورودی جوش، فلز پرکننده، جوشکاری، لحیم کاری، لایه ترکیب بین فلزی
  • مهدی بدرلو *، سیدعلی طیبی فرد، محمد ذاکری صفحات 71-86
    در این پژوهش از مواد اولیه عنصری جهت تشکیل نانو کامپوزیت MoSi2-TiC استفاده شد. روش اجرای این پژوهش بر مبنای سنتز احتراقی با سازوکار فعال سازی مکانیکی(MASHS)[1]) برنامه ریزی شده بود. در این پژوهش برای فعال سازی پودرهای عنصری Mo، Si، Ti و C از آسیاب با نسبت وزنی گلوله به پودر 5 به 1، 10به 1 و 15 به 1 ، هم چنین زمان آسیاب 4، 8 ، 12 ساعت و دور آسیاب 250 و 300 دور در دقیقه استفاده شد. بعد از آسیاب، پودرها توسط پرس تک محور فشرده شدند. سنتز نمونه ها در کوره تیوبی تحت اتمسفر آرگون با شرایط دمایی 700 الی 1100 درجه سانتیگراد انجام پذیرفت. از آنالیز XRD جهت شناسایی فازها و از تصاویر SEM و TEM جهت ارزیابی مورفولوژی استفاده شد. بررسی الگوهای XRD نمونه های سنتز شده به روش MASHS نشان داد، کامپوزیت دی سیلیساید مولیبدن- کاربید تیتانیوم با موفقیت سنتز شده است. نتایج سنتز نانو کامپوزیت MoSi2-TiCبه روش MASHS نشان داد، زمان آسیاب حدود 4 ساعت، نسبت وزنی گلوله به پودر 15 به 1، سرعت چرخش آسیاب 300 دور در دقیقه، فشار ثابت پرس MPa300 و دمای °C850 شرایط بهینه می باشند. محاسبه اندازه دانه ها توسط روش ریتولد نشان داد، اندازه بلورک کاربید تیتانیوم در شرایط بهینه در حدود 28 نانو متر و اندازه بلورک دی سیلیساید مولیبدن بالای 100 نانو متر می باشد. هم چنین بررسی تصاویر SEM و TEM نانو ساختار بودن کامپوزیت را به اثبات رساند.
    کلیدواژگان: نانوکامپوزیت، کاربید تیتانیوم، دی سیلیساید مولیبدن، سنتز احتراقی فعال شده مکانیکی، (MASHS)
  • نیکو فرجی، مریم فربودی*، احمد امیرشقاقی صفحات 87-100
    در این پژوهش پلیمر UPVC (پی وی سی سخت) با پلیمر SAN (استایرن آکریلو نیتریل) در حضور و عدم حضور نانو ذرات نقره و دی اکسیدتیتانیوم به روش قالب ریزی محلول آمیخته شد. نتایج FT-IR تایید کرد که این دو پلیمر با یکدیگر به صورت آمیخته در آمده و سازگار می باشند. خواص مکانیکی آمیخته های پلیمری تهیه شده با درصدهای وزنی متفاوت مورد بررسی قرار گرفت. نتایج آزمون خواص مکانیکی، افزایش مقادیر استحکام کششی(حداکثر 9/25درصد نسبت بهUPVC)، مدول یانگ (حداکثر 5/21درصد نسبت به SAN) و ازدیاد طول پارگی (حداکثر 75درصد نسبت به UPVC)را در آمیخته ها نسبت به پلیمرهای خالص نشان می دهد. همچنین، افزودن 2/0 درصدوزنی مخلوط نانوذرات نقره و دی اکسیدتیتانیوم به آمیخته های UPVC/SAN سبب کاهش مدول (حداکثر 53درصد)، استحکام کششی (حداکثر 70درصد) و نیز افزایش ازدیاد طول پارگی (حداکثر 300درصد)نسبت به آمیخته ها شد. افزون بر این، آزمون گرما وزن سنجی (TGA) نشان داد، افزودن این نانوذرات سبب افزایش پایداری حرارتی آمیخته می شود. از تکنیک میکروسکوپ الکترونی نوری برای بررسی مورفولوژی فیلم نانوکامپوزیتی تهیه شده استفاده گردید.
    کلیدواژگان: پلی وینیل کلراید(PVC)، پلی استایرن آکریلو نیتریل(SAN)، نانوذرات، نقره، دی اکسید تیتانیوم، قالب ریز
|
  • M. Shayestefar*, S. Baghshahi, B. Mirhadi Pages 1-12
    Zirconium carbide Nano particle was synthesized through sol-gel method. Although sol-gel process is usually used to producing oxide compounds, in this study it was successfully employed to produce a carbide powder. For this purpose, zirconium propoxide and saccharose were initially used as zirconium and carbon sources, respectively. The starting sol was produced in 5 different pH, in order to examine its effects on the properties of the obtained powder. Heat-treatment of the gel, in a range of 700-1400 °C, resulted in the formation of mixed zirconia-carbon powder, and subsequently, zirconium carbide. Then, differential thermal analysis (DTA), X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM) were used to investigate heat performance of the gel, structure and micro-structures of the synthesized powder, respectively. Results showed that increasing the pH could not only affect the reaction process and efficiency of the zirconium carbide synthesis, but it also decreased the particles size of the powder. Therefore, at pH 4.2, 5.2 and 6.2, the size ranges of 130-190, 90-150 and 50-100 nm were obtained, respectively. It was also noted that changes in pH had no effects on the morphology of the spherical particles.
    Keywords: Sol, Gel, Nano Particle, Zirconium Carbide, Particles Size
  • H. Fattahi *, M. Jalali Azizpour Pages 13-22
    In the present study, it was attempted to perform the residual stress analysis in the aluminum sheets A.A5083 via experimental results of hot metal forming process by gas.Then the accuracy of simulations was evaluated by the Finite Element Method and its comparison with experimental tests. The aim of the present study was to apply an efficient approach to determine the stresses caused during the forming process. Thus, the inductive stress in the imperfect conical sheets produced by gas blow process was measured method via hole drilling. In the experimental test, the stress equal to 44.5 Mpa was obtained. Then, The temperature dependant residual stresses of hot metal forming process were evaluated by the Finite Element Analysis Method. To simulate the forming process, ABAQUS/Explicit finite element software was used. The maximum of deviation in the results of finite element calculations and experimental tests for the maximum stress in the piece was 7%. Thus, it was concluded that via finite element calculations more accurate study on hot metal forming method by gas can be done.
    Keywords: Forming, Residual Stress, Drilling, Finite Element, Alloy
  • M. H. Moghim, S. M. Zebarjad* Pages 23-30
    In the current research, samples of thermoset polyurethane were fabricated through the solution casting method. In order to investigate the effect of strain rate on the mechanical properties of polyurethane, a tensile test was done on standard samples, at ambient temperature and different strain rates (2×10-5 to 2×10-2); and activation enthalpy was obtained by using tensile test results and Eyring model equations. Chemical and thermal characterizations were done by fourier transform infrared spectroscopy, dynamical-mechanical analysis and thermogravimetry. Fracture surface of samples were also studied by scanning electron microscopy. Tensile test results showed that by increasing strain rate, tensile strength and elastic modulus were improved by 80 and 300% respectively, while fracture strain was reduced by more than 50%. It was also evident by investigation of SEM micrographs that the fracture surface of samples was changed to brittle fracture by increasing strain rate. Finally, the amount of activation enthalpy obtained was 45.49 kJ/mol, which is a new result for thermoset polyurethane.
    Keywords: Polyurethane, Eyring model, Mechanical properties, Strain rate
  • Z. Ghaferi *, S. Sharafi, M. E. Bahrololoom Pages 31-44
    In this research, nanocrystalline FeCoW alloy coatings were electrodeposited on copper substrate. The results showed that current density and bath composition can affect structural and magnetic properties. However, surface morphology changed due to bath composition. Furthermore, by increasing current density, the amount of fcc phase decreased in fcc淇 double phase structure. It was observed that deposition parameters didn’t change the grain size of the coatings efficiently, and this parameter was lower than 20 nm for all the cases. Due to the diffusional phenomenon that take places at higher current densities, the amount of deposited tungsten decreased, and thus lower microhardness values were reported. By comparing XRD and VSM data, it was assumed that the extensive change in the coercivity is related to the phase structure in these alloys.
    Keywords: Magnetic property, Electrodeposition, Nanostructure, Fe?Co?W
  • M. Kavyani, G. R. Ebrahimi* Pages 45-58
    To investigate the influence of primary texture and thermomechanical parameters on hot working behavior of AZ63 magnesium alloy, the flow behavior and deformation texture of hot compression test was compared for both cast and extruded samples. The extruded samples were machined in two extruded and normal directions. Compression tests were carried out at 250 °C and the strain rate of 1 s-1 and 0.01 s-1 and various strains. Microstructural observations and texture investigation in various conditions reveal that the presence of extensive twins and contraction twins in extruded samples and extensive twinning in cast samples at primary deformation strains and recrystallization at final strains of extruded samples have a significant influence on texture evolutions.
    Keywords: Mg alloy AZ63, texture, twining, dynamic recrystallization
  • M. Zarooni *, R. Eslami, Farsani Pages 59-70
    In the present study, 5083 aluminium alloy sheets by tungsten inert gas welding­-­brazing were joined to galvanized steel sheets with 4043 and 4047 filler wires. The amount of the weld heat and filler metal type influence the­ mechanical and microstructural properties of the resultant joint. The results obtained from microstructural observation showed that with equal weld heat input the thickness of brittle intermetallic compound layer for the joint produced with 4047 filler metal was approximately half of that for joint produced with 4043 filler metal. Energy­ dispersive x-­ray spectrometry analysis results­ showed that the IMCs layer formed in interface of steel-weld seam consisted of Fe­(Al, Si)3 phase­ in side of steel and Al7.3Fe1.7 Si phase in side of welded seam. ­It was found that the joint produced with 4047­ filler metal exhibit­ed higher mechanical resistance of 170 MPa than that produced with 4043­ of 120 MPa. The results of­ x-ray diffraction analysis conducted on the fracture plane showed the presence of Al0.5Fe3Si0.5 phase. Moreover, for joints produced with 4047 filler metal, the FeSi2 phase­­ created from enriching of Si atoms in IMCs layer was seen.
    Keywords: weld heat input, filler metal, welding, brazing, intermetallic compound layer
  • M. Baderloo *, S. A. Tayebifard, M. Zakeri Pages 71-86
    In this research elements of the raw materials used to form MoSi2-TiC nanocomposite. The plan in this Research procedure was based on combustion synthesis, mechanical activation mechanism (MASHS). Initially Mo, Si, Ti and C elemental powder were weighed by stoichiometry ratio and were milled with weight ratio of ball to powder 5 to 1, 10 to 1 & 15 to 1, milling time 4, 8, 12 hours with 250 and 300 rpm by the planetary mill. After wards the milled powders were compacted to pellet form by uniaxial press and synthesized samples were done in an atmospheric argon controlled tubular furnace with a temperature between 700 - 1100 °C. To identify phases, XRD analysis was used and to evaluate morphology, SEM and TEM images were used. XRD patterns from synthesized samples with (MASHS) method show a successful composite molybdenum disilicide - titanium carbide synthesis. Results show the best process conditions for synthesis MoSi2-TiC nanocomposite with MASHS method was: milling duration about 4 hours, ball to powder weight ratio 15 to 1, mill rotation speed 300 rpm, constant pressure press 300MPa and temperature 850°C. The grain size calculation by reitveld method showed the size of titanium carbide crystallite and molybdenum disilicide in optimum condition of approximately 28 nm and above 100 nm respectively. The images of SEM and TEM proved that a nanostructure composite has been synthesized.
    Keywords: Nanocomposite, Titanium Carbide, Molybdenum Disilicide, Mechanical Activated Self, Propagation Combustion Synthesis (MASHS)
  • N. Faraji, M. Farbodi *, A. Amir Shaghaghi Pages 87-100
    In this study, UPVC (Unplasticized polyvinyl Chloride) and SAN (Styrene Acrylonitrile) were mixed in the absence and presence of silver and titanium dioxide nanoparticals to prepare UPVC/SAN and UPVC/SAN/Ag-TiO2 blends by solution casting method. The results of FTIR confirmed the blending and compatibility of the mentioned polymers.The mechanical properties of the prepared blends in different weight percentages were studied. Results showed the increasing of the parameters of the tension strength (maximum 25.9% in respect to UPVC), young's modulus (maximum 21.5% in respect to SAN), and breaking length (maximum 75% in respect to UPVC) of blends with respect to pure polymers. Also, the addition of 0.2%wt of silver and titanium dioxide nanoparticals to UPVC-SAN blends caused a decrease in the parameters of young's modulus (maximum 53%), the tension strength (maximum 70%), and an increase in breaking length (maximum 300%) with respect to the blends. In addition, TGA technique confirmed that the addition of nanoparticles improve the thermal stability of blend. Also, scanning electron microscopy (SEM) technique was used to characterize the morphology of the prepared nanocomposite film.
    Keywords: Polyvinyl Chloride (PVC), Styrene Acrylonitrile (SAN), nanoparticals, silver, titanium dioxide, Casting