فهرست مطالب

مواد نوین - سال هفتم شماره 4 (تابستان 1396)
  • سال هفتم شماره 4 (تابستان 1396)
  • تاریخ انتشار: 1396/07/08
  • تعداد عناوین: 13
|
  • میثم احمدی*، علی فرزادی *، علیرضا یزدی پور صفحات 1-16
    در این پژوهش به بررسی تاثیر حرارت ورودی بر ریزساختار، خواص مکانیکی و رفتار خوردگی جوش آلیاژ آلومینیم 321H-5083 جوشکاری شده تحت فرایند میگ پالسی پرداخته شده است. آلیاژ آلومینیم 5083 در صنایع دریایی به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد. با توجه شرایط محیطی و تماس با آب دریا، خوردگی این آلیاژ و به خصوص منطقه جوش آن همواره مورد توجه محققین است. از فرایند قوسی فلز-گاز پالسی به دلیل کاهش حرارت ورودی و کاهش منطقه متاثر از حرارت برای جوشکاری استفاده شده است. نتایج نشان دهنده آن است که افزایش حرارت ورودی، سبب کاهش نرخ سرد شدن نمونه ها و رشد بیش تر دندریت ها و همچنین، باعث افزایش فاصله بین بازوهای دندریتی در فلز جوش شده است. در ناحیه متاثر از حرارت، افزایش حرارت ورودی سبب پیشرفت بیش تر استحاله های تبلورمجدد، رشد دانه و افزایش اندازه دانه ها می شود. نتایج حاصل از آزمون کشش و ریزسختی، افت خواص مکانیکی در منطقه متاثر از حرارت را نشان می دهند. تمامی نمونه های جوشکاری شده، مقاومت به خوردگی حفره ای پایین تری را نسبت به فلز پایه از خود نشان می دهند. افزایش حرارت ورودی تاثیر قابل ملاحظه ای بر رفتار خوردگی فلز جوش نداشته است؛ اما در ناحیه متاثر از حرارت با افزایش حرارت ورودی نمودار به سمت چپ جابه جا شده است که نشان دهنده بهبود رفتار خوردگی ناحیه متاثر از حرارت به دلیل کاهش نرخ سرد شدن و حل شدن بیش تر فاز β است.
    کلیدواژگان: میگ پالسی، آلیاژ آلومینیم 321H-5083، ریزساختار، ریزسختی، خوردگی حفره ای
  • ابوالفضل صفری *، خلیل الله قیصری، منصور فربد صفحات 17-26
    در این پژوهش، پودر فریت نیکل با ترکیب NiFe2O4 به ‏روش تخلیه قوس پلاسما تهیه شد. به این منظور، مخلوطی از پودرهای آهن و نیکل با نسبت مولی مشخص تهیه و با استفاده از فرآیند متالورژی پودر، به شکل الکترودهای استوانه ای شکل با اندازه های مناسب ساخته شد. با قرارگیری الکترودها در محفظه رآکتور قوس الکتریکی و تنظیم پارامترهای مختلف، قوس الکتریکی بین آن ها برقرار شد. فرآیند تولید تحت اتمسفر هوا، فشار 1 اتمسفر و شدت جریان اعمالی 400 آمپر صورت گرفت. پس از ایجاد قوس، پودر تولید شده جمع آوری و ساختار، ریزساختار و خواص مغناطیسی آن به‏ ترتیب به ‏کمک روش پراش سنجی پرتوایکس (XRD)، میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدان (FESEM) و مغناطش سنج نمونه مرتعش (VSM) بررسی شد. همچنین، اندازه بلورک با استفاده از رابطه شرر، پارامتر شبکه و چگالی تئوری آن محاسبه گردید .نتایج پراش سنجی، حاکی از تشکیل موفقیت آمیز فریت نیکل با ساختار اسپینل است. ارزیابی های ریزساختاری نشان داد که اندازه میانگین ذرات فریت نیکل تولیدی در حدودnm 120 است. با استفاده از منحنی پسماند مغناطیسی، مغناطش اشباع و میدان پسماندزدای مغناطیسی به ترتیب به میزان emu/g 82/43 و Oe 99 اندازه گیری شد. مشخص شد که میزان مغناطش اشباع تجربی نسبت به مغناطش اشباع نظری کاهش یافته است.
    کلیدواژگان: ساختار اسپینل، فریت نیکل، مغناطش اشباع، روش تخلیه قوس پلاسما
  • امیر علی آبادی*، محمود حیدرزاده سهی، محمد قمبری، کاوه شیخی مقدم صفحات 27-38
    فولادهای متالورژی پودر به صورت گسترده برای کار تحت شرایط لغزشی، سایش غلطشی یا خراشان مانند چرخ دنده ها یا دندانه ها به کار می روند و به همین علت فهم عمیق از رفتار تریبولوژیکی آن ها ضروری است. در این پژوهش با استفاده از فرآیند جوشکاری قوسی تنگستن گاز، عملیات ذوب سطحی روی فولاد تف جوشی شده Astaloy85Mo انجام شد. ساختار لایه ها و فازهای حاصل از عملیات ذوب سطحی و همچنین سطوح سایش نیز توسط میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی مجهز به طیف سنجی انرژی پرتوایکس بررسی شدند. مطالعه لایه های سطحی ایجاد شده نشان می دهد که ذوب سطحی تخلخل را تا میزان زیادی در منطقه ی تحت عملیات کاهش می دهد. به علاوه لایه های حاصل از ذوب سطحی ساختاری ظریف و شامل فازهای فریت، کاربید و همچنین مارتنزیت هستند که درصد این فازها به پارامترهای فرآیند مورد استفاده (شدت جریان و سرعت انتقال) وابسته است. سختی فولاد تف جوشی شده Astaloy85Mo در حدود 150 ویکرز است، در حالی که ذوب سطحی سختی سطح را به حدود 800 ویکرز رساند که این میزان افزایش سختی را می توان به کاهش تخلخل سطح و ایجاد فازهای سخت، مانند مارتنزیت و کاربیدها نسبت داد. از طرف دیگر، نرخ سایش لایه سطحی ایجاد شده نسبت به آلیاژ پایه حدود 100 برابر کاهش نشان می دهد.
    کلیدواژگان: فولاد متالورژی پودر، قوس تنگستن، ذوب سطحی، سختی، سایش
  • جلیل پوراسد *، ناصر احسانی، سیدعلی خلیفه سلطانی صفحات 39-46
    با توجه به آن که مواد کربنی از جمله گرافیت به طور گسترده در ساختارهای دمای بالا مورد استفاده قرار گرفته اند؛ اما مشکل اصلی آن ها، شروع اکسیداسیون از دمای حدود °C400 در محیط اکسیدی می باشد، بهترین روش برای تقویت مقاومت به اکسیداسیون گرافیت، استفاده از کاربید سیلیسیم با ساختار تدریجی است که به دلیل پایداری حرارتی مناسب و تطابق فیزیکی، شیمیایی و ضریب انبساط حرارتی مناسب با زیرلایه کربنی کاربرد گسترده ای یافته است. در پژوهش حاضر به دلیل مزایایی نظیر هزینه کم تر، سهولت بکارگیری و قابلیت صنعتی سازی، روش سمانتاسیون بسته ای در دمای °C1600 برای تشکیل پوشش SiC تدریجی بکار گرفته شد. آنالیز پراش اشعه ایکس (XRD) و تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) نشان می دهد که پوشش حاصل به صورت تدریجی تشکیل یافته و شامل فاز α-SiC و β-SiC با تراکم مناسب می باشد. مکانیزم تشکیل پوشش SiC بر گرافیت با آنالیز ترمودینامیکی و محاسبات تعادل شیمیایی حاصل از نرم افزار HSC Chemistry 6.0 تشریح می شود. مکانیزم مسیر واکنشی نشان می دهد، در مراحل ابتدایی واکنش، فازهای گازی SiO و CO طی واکنش Al2O3 با Si و C تشکیل شده و دو واکنش Si+CàSiC و SiO(g)+2CàSiC+CO(g) به عنوان واکنش های اصلی تشکیل پوشش معرفی می شوند. نتایج نشان می دهد که ترکیب مواد اولیه در روش سمانتاسیون بسته ای تاثیر زیادی بر ساختار پوشش کاربیدسیلیسیم ندارد و در نهایت نتایج تجربی، نتایج حاصل از شبیه سازی را تایید می کند. در واقع، پژوهش حاضر روشی را برای تحلیل و شبیه سازی واکنش های سمانتاسیون بسته ای با نرم افزار ترمودینامیکی HSC Chemistry ارائه می دهد و در نهایت نتایج حاصل از شبیه سازی با نتایج تجربی تایید شد.
    کلیدواژگان: گرافیت، کاربید سیلیسیم، مکانیزم تشکیل، نرم افزار HSC Chemistry، سمانتاسیون بسته ای
  • سارا پایدار*، محمدحسین شریعت، سیروس جوادپور صفحات 47-56
    در پژوهش حاضر، بهینه سازی پارامترهای موثر در فرآیند ریخته گری نواری برای تولید فیلم ضخیمی از ترکیب زیرکونیای تثبیت شده با ایتریا (YSZ8)، جهت استفاده به عنوان الکترولیت جامد در پیل های سوختی اکسید جامد (SOFC) مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور، طراحی تاگوچی با در نظر گرفتن خصوصیاتی از دوغاب و فیلم ایجاد شده شامل ویسکوزیته دوغاب و دانسیته خام نمونه های تولیدی و متغیرهایی نظیر درصد فاز جامد، درصد چسب و نسبت پلاستیسایزر به چسب، استفاده شد. نتایج حاکی از آن است که درصد فاز جامد بیش ترین تاثیر را بر ویسکوزیته دوغاب و دانسیته خام دارد. لذا دوغابی حاوی حداکثر فاز جامد ممکن (65 درصد وزنی دوغاب) با درصدی مناسب از چسب (6 درصد وزنی فاز جامد مورد استفاده) و پلاستیسایزر (معادل درصد چسب مورد استفاده) که ویسکوزیته قابل قبولی را ایجاد نماید، می تواند به عنوان دوغاب بهینه انتخاب شود. سپس نمونه تولید شده در شرایط بهینه، در دمای °C1450به مدت 2 ساعت سینتر گردید. دانسیته نهایی نمونه سینتر شده معادل 97 درصد دانسیته تئوری تعیین شد. هدایت یونی نمونه سینتر شده به روش طیف نگاری امپدانس در محدوده دمایی 300 تا 800 درجه سانتی گراد اندازه گیری و معادل (Ω.cm)-1 5-10×088/1 در دمای °C300 و (Ω.cm)-12-10×27/2 در دمای °C800 تعیین شد.
    کلیدواژگان: ریخته گری نواری، الکترولیت، دانسیته، طراحی تاگوچی
  • معصومه ملائی *، فاطمه محزون، کمال جانقربان، بابک هاشمی صفحات 57-66
    در این پژوهش پوشش سرمت کاربید تنگستن – کبالت بر روی فولاد کم کربن (CK1020) با استفاده از روش پلاسمای الکترولیتی ایجاد شد. پوشش های سرمتی بر روی زیر لایه فولادی می تواند خواص تریبولوژی را تا حد بسیار زیادی بهبود بخشد. پوشش های سرمتی تولیدی با روش پلاسمای الکترولیتی علاوه بر ویژگی های سطحی دارای مورفولوژی منحصر به فردی هستند که موجب اتصال بسیار مناسب به زیر لایه می گردند. نمونه ها با اعمال جریان مستقیم و اختلاف پتانسیل 110 ولت پوشش داده شدند. مورفولوژی، سطح مقطع و سطح سایش نمونه ها توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج حاصل از آنالیز عنصری (EDS) حضور عناصر تنگستن، کربن، کبالت، آهن، را نشان داد. آزمایش سایش با استفاده از دستگاه پین روی دیسک مجهز به پین های سایشی از جنس فولاد SAE 52100 با قطر 5 میلیمتر انجام شد که نمونه های پوشش داده شده با سرمت کاربید تنگستن - کبالت مقاومت بیش تری در برابر سایش در مقایسه با نمونه بدون پوشش از خود نشان دادند و ضریب اصطکاک از مقدار بزرگ تر از یک برای نمونه های بدون پوشش به 7/. برای نمونه های پوشش داده شده کاهش یافت. همچنین، مقادیر کاهش وزن بعد از تست سایش برای نمونه های پوشش داده شده کم تر بود. بررسی میکرو ساختار سایشی نشان داد که مکانیزم غالب از نوع خراشان می باشد.
    کلیدواژگان: آنالیز عنصری(EDS)، پلاسمای الکترولیتی، سایش خراشان، سرمت
  • الهامه محمد پور، محمدرضا یافتیان، عباسعلی زمانی، پروین غربانی* صفحات 67-80
    در مطالعه حاضر، یک بیوفیلتر جدید با استفاده از چای کمپوست تهیه و در مطالعه حذف یون هایCo2+ ،Cu2+ ،Pb2+ و Ni2+ به کار برده شد. در این تحقیق تاثیر عامل pH در محدوده 2 تا 6 بر روی فرآیند حذف فلزها نشان داد که بهترین pH برای حذف این یون ها برابر 5 pH=می باشد. تاثیر زمان و مقدار جذب شده در روی فرآیند حذف مطالعه شد و نتایج نشان داد که با افزایش زمان تماس و مقدار جاذب، درصد حذف افزایش می یابد. بررسی سرعت عبور محلول حاوی یون های فلزی در محدوده 2 تا 10 میلی لیتر بر دقیقه نشان داد که با افزایش سرعت عبور محلول از ستون کارآیی حذف کاهش می یابد. از بین سه ایزوترم مورد استفاده لانگمویر، فروندلیچ وتمکین، داده های تجربی با مدل ایزوترم فروندلیچ تطابق بهتری نشان دادند. همچنین مدل سینتیکی شبه درجه دوم نسبت به مدل های شبه درجه اول، معادله ساده ایلویچ و تابع توان مطابقت بیش تری نشان داد. داده های مربوط به مدل های سینتیکی توماس، بور-آدامز و یان نشان داد که داده های تجربی با هر دو مدل سینتیکی توماس و بور-آدامز تطابق داشتند. نتایج نشان داد که بیوفیلتر ستونی تهیه شده با چای کمپوست کارائی بالائی در حذف فلزات سنگین کبالت، مس ، نیکل و سرب دارد و قادر است بیش از 95% از فلزات مذکور را در مدت زمان 30 دقیقه حذف کند.
    کلیدواژگان: چای کمپوست، جاذب طبیعی، فلزات سنگین، جذب سطحی
  • غلامرضا حیدری *، سید محمد موسوی خوئی، مهدی قاسمی فرد، مهران جوانبخت صفحات 81-94
    در این تحقیق با استفاده از تکنیک های ولتامتری سیکلی[1] و کرونوآمپرومتری[2] مراحل اولیه رسوب دهی الکتروشیمیایی مس روی فلز پایه مولیبدن در محلول اندکی اسیدی مطالعه شده است. رسوب دهی الکتروشیمیایی مس بر روی فلز پایه مولیبدن از دیدگاه ترمودینامیکی، سینتیکی، مکانیزم جوانه زنی و رشد مورد ارزیابی قرار گرفت. با استفاده از ولتامتری سیکلی تعیین شد که رسوب دهی الکتروشیمیایی مس روی فلز پایه مولیبدن یک فرایند برگشت ناپذیر و تحت کنترل نفوذ می باشد. تحت کنترل نفوذ بودن رسوب دهی الکتروشیمیایی مس بر روی فلز پایه مولیبدن توسط رابطه ی Randles-Sevcik تایید گردید. ضریب نفوذ مس در 3 pH= و 4 با استفاده از رابطه ی Randles-Sevcik و رابطه ی Cottrel محاسبه شدند که در تطابق خوبی با هم بودند. با استفاده از مدل Sharifker-Hills منحنی های جریان گذرا[3]مس تحلیل شدند. مکانیزم جوانه زنی مس به عنوان تابعی از pH و پتانسیل مورد بررسی قرار گرفتند. در3 pH= و 4 مکانیزم جوانه زنی و رشد مس روی نمونه سمباده شده به صورت ترکیبی از آنی[4] و پیشرونده[5] سه بعدی بود درحالی که با افزایش pH و پتانسیل مکانیزم جوانه زنی به سمت مکانیزم آنی سه بعدی متمایل شد. غوطه ور کردن فلز پایه در محلول حاوی آمونیاک و سپس اسید کلریدریک بعد از سمباده زدن تاثیری بر روی مکانیزم جوانه زنی و رشد نداشت. اچ کردن فلز پایه در محلول حاوی اسید سولفوریک، اسید نیتریک و اسید کلریدریک بعد از سمباده زدن مکانیزم جوانه زنی را از حالت آنی سه بعدی به پیشرونده سه بعدی تغییر داد.
    کلیدواژگان: رسوب دهی الکتروشیمیایی، مس، جوانه زنی و رشد، مولیبدن
  • محمد علی میثاقی *، رضا بختیاری صفحات 95-112
    با توجه به نیاز صنعت به فرایند اتصال مناسب در رابطه با قطعات ساخته شده از فولاد زنگ نزن آستنیتی 321 که در تجهیزات نیروگاهی نظیر توربین ها کاربرد دارند، در این پژوهش، اتصال این فولاد از طریق فرایند اتصال فاز مایع گذرا (TLP) با دولایه واسط با نام تجاری MBF-30 و MBF-20 مورد بررسی قرار گرفت. فرایند اتصال در دماهای 1050 1100 و 1150 درجه سانتی گراد و به مدت زمان 30 الی 120 دقیقه در کوره خلا انجام پذیرفت. نمونه های اتصال داده شده با استفاده از میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) مورد بررسی ریز ساختاری قرار گرفتند. آنالیز عنصری و فازی ترکیبات مشاهده شده در اتصالات نیز با استفاده از سیستم طیف سنجی انرژی (EDS) میکروسکپ الکترونی روبشی و روش تفرق اشعه ایکس ((XRD صورت پذیرفت. به منظور بررسی نحوه توزیع عناصر در عرض اتصال، آنالیز خطی مورد استفاده قرار گرفت. جهت بررسی خواص مکانیکی اتصال، نمونه ها تحت آزمون های استحکام برشی و ریزسختی سنجی قرار گرفتند. حداقل زمان لازم برای تکمیل انجماد همدما در دماهای 1100،1050 و 1150 درجه سانتی گراد به ترتیب 75، 45 و30 دقیقه به دست آمد. در حالت انجماد همدمای ناقص، در مرکز اتصال و مناطق متاثر از نفوذ، ترکیباتNi-B،Ni-Si،Cr-B،Fe-B مشاهده گردید. با افزایش دما و زمان اتصال، ساختار اتصال همگن تر، سختی کم تر و استحکام برشی بیش تری به دست آمد. بیش ترین استحکام برشی برای لایه واسط MBF-30 به ترتیب معادل 99 و 98 در صد استحکام برشی فلز پایه و برای لایه واسط MBF-20 به ترتیب معادل 95 و 94 در صد استحکام برشی فلز پایه حاصل گردید.
    کلیدواژگان: فراینداتصال فاز مایع گذرا، فولاد زنگ نزن 321، لایه واسط MBF-30 و MBF-20، خواص مکانیکی
  • بهزاد میرزایی، محمد رفیعی نیا، علی ضرابی * صفحات 113-124
    در این پژوهش یک حسگر الکتروشیمیایی جدید به منظور شناسایی داروهای کورکومین، کلروپرومازین و کلومیپرامین طراحی و ساخته شد. در این حسگر از الکترود کربن شیشه ای اصلاح شده با نانوکامپوزیت گرافن-بتاسیکلودکسترین استفاده شد. نانوکامپوزیت گرافن- بتاسیکلودکسترین با استفاده از طیف سنجی مادون قرمز فوریه، میکروسکوپ الکترونی با حد تفکیک بالا، ولتامتری چرخه ای و تکنیک امپدانس الکتروشیمیایی مشخصه یابی شد. نتایج FTIR به خوبی نشان داد که مولکول های بتاسیکلودکسترین با پیوندهای هیدروژنی به صفحات گرافنی متصل می شوند. تصاویر میکروسکوپ الکترونی نشان داد که مولکول های بتاسکلودکسترین به طور همگن روی سطح صفحات گرافنی توزیع شده اند. حسگر ساخته شده پاسخ الکتروشیمیایی مناسبی به داروهای مذکور با استفاده از روش ولتامتری پالس تفاضلی نشان داد و برای داروهای کورکومین، کلروپرومازین و کلومیپرامین به ترتیب پیک های اکسایشی 48/0 ولت، 61/0 ولت و 31/0 ولت ثبت گردید.
    کلیدواژگان: گرافن اکسید، بتاسیکلودکسترین، نانوکامپوزیت، حسگری الکتروشیمیایی
  • سید مهدی میرهادی *، امیرعباس نوربخش، نجمه لطفیان، پریسا مشایخی صفحات 125-134
    در این پژوهش سنتز موفقیت آمیز داربست نانو ساختار فورستریتی (Mg2SiO4)با استفاده از فوم فدا شونده ی دارای استحکام فشاری بالای مورد استفاده در کاربردهای مهندسی بافت بررسی شده است. این ساختارها می توانند وابسته به تخلخل، استحکام مکانیکی و آرایشی که دارند؛ به عنوان داربست های زیست فعال در مهندسی بافت های سخت مورد استفاده قرار گرفته و زمینه مناسبی برای هدایت و یا تحریک استخوان ایجاد کنند. برای این منظور ابتدا از یک دوغاب همگن فورستریتی استفاده گردید و قطعات فوم فدا شونده ای که با ابعادcm1cm×1cm×1 برش یافته بود به مدت 5 دقیقه در دوغاب مذکور غوطه ور گردید. پس از غوطه وری فوم های پر شده از دوغاب با حفرات نسبتا باز در زمان ها و دماهای متفاوت با روش پخت دو مرحله ای مورد زینتر قرار گرفتند. استحکام فشاری و تخلخل های داربست به ترتیب در طی عملیات حرارتی، Mpa 16/24-03/0و 58-88 % می باشد.یکی از نمونه ها ( نمونه تهیه شده با برنامه حرارتی J )مشتمل بر ذرات با ابعاد و دانه بندی 24 تا35 نانومتر و حفرات و تخلخل های موجود در آن در ابعاد میکرون بود که توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM ) مورد مشاهده قرار گرفت. همچنین از یک دستگاه پراش سنج اشعه ایکس (XRD) برای تایید تشکیل فورستریت استفاده شد.
    کلیدواژگان: تخلخل، داربست فورستریتی، زینتر دو مرحله ای، فوم فدا شونده
  • سلمان قاسمی کهریزسنگی *، علی نعمتی، عزیز شهرکی، محمد فاروقی صفحات 135-148
    دیرگدازهای منیزیت-دولومیتی، محصولات قلیایی از دولومای پخت شده (ذوبی) و منیزیای پخت شده (ذوبی) هستند که دارای 50-80% وزنی منیزیا می باشند. این دیرگدازها دارای مزایای زیادی از جمله مقاومت به خوردگی بالا در مقابل سرباره بازی، عملکرد دمایی بالا(دیرگدازی بالا)، توانایی تولید فولاد مذاب تمیز و صرفه اقتصادی (به دلیل وجود منابع فراوان از دولومیت و منیزیت در ایران) می باشند. با این وجود، استفاده از این نوع دیرگدازها به دلیل مقاومت به هیدراتاسیون ضعیف در صنایع مختلف با محدودیت روبه رو شده است. در فعالیت حاضر اثر افزودن نانو ذرات اکسید زیرکونیم بر ریزساختار و مقاومت به هیدراتاسیون دیرگدازهای منیزیا- دولومایی حاوی 35 % وزنی اکسید کلسیم (CaO) مورد بررسی قرار گرفته است. نمونه های استوانه ای پس از شکل دهی با پرس تحت فشار MPa 90 در دمای °C 110 به مدت 24 ساعت خشک و با سرعت °C/min 5 به دمای °C 1650 رسیده و به مدت 3 ساعت در این دما نگهداری شدند. نتایج نشان داد که در اثر افزودن نانو ذرات اکسید زیرکونیم در دمای زینترینگ نمونه ها، به دلیل بزرگ تر بودن شعاع اتمی Ca از Mg و در نتیجه کم تر بودن استحکام پیوند Ca-O از Mg-O تمایل جایگزینی کاتیون هایZr+4 با کاتیون های Ca2+ درشبکه CaO نسبت بهMg2+ در شبکه MgO بیش تر بوده و باعث تشکیل فاز زیرکونات کلسیم (CaZrO3) شده است. مطابق نتایج به دست آمده می توان گفت کاهش CaO آزاد موجود در دولوما به واسطه تشکیل فاز(CaZrO3) و همچنین تشکیل حفرات به واسطه جایگزینی های کاتیونی در شبکه، باعث افزایش نفوذ و در نهایت تسهیل فرآیند زینترینگ شده و همین امر سبب ایجاد ساختار متراکم تر و مقاوم در برابر هیدراتاسیون شده است.
    کلیدواژگان: دیرگداز منیزیا- دولومایی، هیدراتاسیون، نانو ذرات اکسید زیرکونیم
  • امید حاتمی، کامران امینی*، حمید غیور صفحات 149-162
    در پژوهش حاضر از فرآیندARB به منظور تولید نانوکامپوزیت Cu/Al/Al2O3 استفاده شده است. فرآیند نورد بدین ترتیب صورت گرفت که پس از آماده سازی سطحی ورق ها، سه ورق آلومینیوم بین چهار ورق مس قرار داده شده و بین آن ها پودر اکسید آلومینیوم ریخته شد و این ساندویچ هفت لایه ای نورد شد. سپس کامپوزیت حاصل از وسط به دو نیم شده، عملیات سطحی روی آن انجام گرفت و این دو نیمه روی هم قرار گرفتند و دوباره نورد شدند. فرآیند نورد تا 9 مرحله انجام گرفت. به منظور جلوگیری از ترک و شکست در فرآیند نورد بین هر دو مرحله نورد عملیات آنیل در دمای 250 درجه و جهت دستیابی به آلیاژ عملیات آنیل در دمای 850 درجه سانتیگراد انجام شد و همچنین ریزساختار و خواص کششی حین مراحل اعمالی بررسی شدند. بررسی های ساختاری و ریزساختاری توسط میکروسکوپ های نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی(SEM) و همچنین آزمون XRD مورد مطالعه قرار گرفت و تغییرات خواص مکانیکی در مراحل مختلف توسط آزمون کشش و سختی سنجی اندازه گیری و بررسی شد. همچنین تغییرات خواص خوردگی کامپوزیت در مراحل مختلف بررسی شد. نتایج بررسی ها نشان می دهد که با تکرار مراحل فرآیند، ضخامت لایه تقویت کننده آلومینیوم کاهش یافته و در مراحل پایانی در اثر شکست در زمینه پخش می شود. همچنین پودر اکسیدآلومینیوم به صورت یکنواختی در زمینه توزیع می شود. با افزایش تعداد مراحل، اندازه دانه های کامپوزیت نسبت به اندازه اولیه آن تا حدود5 برابر کوچک شده و در مرحله پایانی به حدود 26/31 نانومتر می رسد. با اعمال فرآیند ARB استحکام نهایی کامپوزیت نسبت به ورق های اولیه مس و آلومینیوم از 252 به 420 مگاپاسکال و سختی تقریبا از 55 به 140 ویکرز افزایش یافت. طی بررسی ها مشخص شد، شکل غالب خوردگی در این کامپوزیت خوردگی حفره ای است لذا می توان نتیجه گرفت، مقاومت در برابر خوردگی حفره ای محصولات تولید شده به روش ARB پایین است.
    کلیدواژگان: نانو کامپوزی Cu-Al-Al2O3، فرآیند اتصال نوردی تجمعی، ریز ساختار، خواص مکانیکی، خواص خوردگی
|
  • M. Ahmadi *, A. Farzadi *, A. R. Yazdipour Pages 1-16
    In this research, effects of heat input on microstructure, mechanical properties and corrosion behavior of 5083-H321 aluminum alloy welded joints using pulsed MIG process are investigated. AA5083 aluminum alloy is extensively used for many applications in the marine industries. Due to the environmental conditions and the presence of sea water in service, the corrosion behavior of this alloy, particularly the weld zone, has been studied by researchers. Due to lower heat input and the smaller heat-affected zone (HAZ), pulsed MIG welding process is used. The results showed that an increase in the heat input leads to a decrease in the cooling rate and an increase in the primary dendrite arm spacing in the weld metal. In the HAZ, grain size increases due to recrystallization and grain growth, with increasing the heat input. The results of tension and microhardness test show decreasing the mechanical properties in the HAZ. The weld metal in all samples exhibits a less resistance to pitting corrosion than the base metal and increasing the heat input do not have noticeable effect on the corrosion behaviors of the weld metal. However, by increasing the heat input, corrosion diagrams of the HAZ shift to the low currents which indicates an improvement in the corrosion behavior, due to the slower cooling rate and further dissolution of β phase.
    Keywords: Pulsed MIG, 5083-H321 aluminum alloy, Microstructure, Microhardness, Pitting corrosion
  • A. Safari *, Kh Gheisari, M. Farbod Pages 17-26
    In the present work, NiFe2O4 powder was synthesized by plasma arc discharge method. A mixture of iron and nickel powders with the appropriate molar ratio was prepared and formed into the cylindrical shapes. The synthesis process was performed under the air atmosphere with the pressure of 1 atm and the applied arc current of 400 A. After establishing an arc between the electrodes, the as-synthesized powders were collected and their structure, microstructure and magnetic properties were examined by XRD, FESEM and VSM, respectively. The XRD results show that the nickel ferrite with a spinel structure is successfully formed. The microstructural examinations reveal that the average particle size is about 120 nm. Saturation magnetization and coercivity of the as-synthesize powders are found to be 43.82 emu/g and 99 Oe, respectively.
    Keywords: Spinel structure, Ni ferrite, Saturation Magnetization, Plasma arc discharge process
  • A. Aliabadi *, M. Heydarzadeh Sohi, M. Ghambari, K. Sheikhi Moghadam Pages 27-38
    In this study, Astsloy85Mo powder metallurgy steel specimens were surface melted using Tungsten Inert Gas (TIG) process. The effects of different parameters of the process on the microstructure, hardness, and wear resistance of the melted surfaces were studied using optical and scanning electron microscope equipped with EDS, Vickers hardness unit and pin on flat wear test machine. Surface melting resulted in structural refinement and the hardness of the melted layers reached to the values of up to 800 HV10, more than five times of that of the base PM steel which was about 150 HV10. Moreover, surface melting reduced the wear rate to 100 times lower than that of the base steel. It can be concluded that TIG can be used effectively for surface melting to improve the wear resistance of the Astaloy85Mo powder metallurgy steel surface.
    Keywords: Astaloy85Mo, TIG, Surface melting, Microstructure, Hardness, Wear
  • J. Pourasad *, N. Ehsani, Sayed A. Khalifesoltani Pages 39-46
    structural materials. On the other hand, graphite can easily react with oxygen even at temperatures as low as 400 °C. The graded silicon carbide (SiC) characterized by compositional gradation over microsopic distances, is considered to be the most promising coating material. In this paper, the pack cementation technique was used to make a graded SiC coating on graphite at 1600°C. X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM) analysis display that the coating obtained by the pack cementation is a dense structure consisting α-SiC and β-SiC with functionally graded structure. the mechanism of formation of SiC coating on graphite is explained by thermodynamics analysis and chemical equilibrium calculations using HSC Chemistry software 6.0.The reaction-path mechanism indicates in the early stages of the process, SiO and CO gas species can be formed during Al2O3 reaction with Si and C and at two reaction Si=SiC and SiO(g)=SiC(g) can be considered as main reactions for SiC coating formation. It was found that the composition of raw materials has not marked effect on the microstructure and property of SiC coating. In fact, this paper proposes a method for the analysis and simulation of pack cementation reactions using HSC Chemistry software package. The results of the simulation are verified by experimental results.
    Keywords: Graphite, Silicon carbide coating, formation mechanism, HSC chemistry software, pack cemetation
  • S. Paydar *, M.H. Shariat, S. Javadpou Pages 47-56
    In the present study, optimization parameters for the tape casting is studied to produce a Yttria-stabilized zirconia (YSZ8) thick films for using as solid electrolytes in solid oxide fuel cell (SOFC). Taguchi designed experimental procedure was used to consider the characteristics of the slurry, such as the percentage of solid phase, binder and the ratio of plasticizers to the binder. The results indicated that the percentage of solid-phase have the greatest influence on the slurry viscosity and green density. Therefore the slurry containing the maximum possible solid-phase with the proper percentage of binder and plasticizers which provides an acceptable viscosity, can be selected as the proper slurry. This slurry is used to produce a relatively dense tape which sintered at 1450°C for 2 h. The density of sintered tape was 97% of theoretical density. The ionic conductivity of the sintered sample was determined with impedance measurement in temperature range of 300 to 800oC. The measured conductivities were 1.088×10-5 Ω-1.cm-1 at 300oC and 2.27×10-2Ω-1.cm-1 at 800oC.
    Keywords: Tape Casting, Electrolyte, Density, Taguchi Design
  • M. Malaei *, F. Mahzon, K. Janghorban, B. Hashemi Pages 57-66
    In this study WC-Co coating was produced on low carbon steel substrate by electrolytic plasma processing (EPP). EPP is an emerging, environmentally friendly surface engineering technology. Cermet coatings can improve tribologycal properties of steel substrates. Cermet coatings which were provided by EPP not only have suitable surface features, but also have unique morphology which causes good adhesion to the substrate. The samples were coated by applying direct current and voltage of 110 volt. Morphology and cross-sectional observations and also wear path were studied by scanning electron microscope (SEM). Results of energy dispersive spectroscopy (EDS) indicate the presence of tungsten, carbon, cobalt and iron in the coating. Wear tests have been carried out with a pin on disc device and SAE52100 pin. Based on the results of this test, samples which were coated with WC-Co, show higher wear resistance and lower friction coefficient (0.7). Worn path images reveal that the dominant mechanism of wear is abrasive.
    Keywords: abrasive wear, EDS analysis, electrolytic plasma, cermet
  • E. Mohammadpour, M.R. Yaftian, A.A. Zamani, P. Gharbani * Pages 67-80
    Tea compost was assessed as a biosorbent by using a continuous up-flow fixed-bed column for removing of Pb2, Co2, Ni2 and Cu2 ions from aqueous solutions. The effects of various parameters such as pH, contact time, metal concentration, flow rates and amount of adsorbent on the process was investigated. The adsorption efficiency was found to be pH dependent, increasing by increasing of pH. Maximum removal of ions was obtained at pH=5 for tea compost. The equilibrium time was attained after 30 min and desorption studies was performed using diluted HNO3 (1 M) from tea compost. The results illustrated that adsorbed metal ions could be recovered under acidic conditions. Investigations the kinetics of the process were performed considering pseudo second-order model. This model predicted chemiosorption as the adsorption mechanism of the process. In addition, Thomas, Bohart–Adams and Yan kinetics models were studied The Thomas and Bohart–Adams model appeared to describe the experimental results better. Langmuir, Freundlich and Temkin models were tested for describing the equilibrium data. The Freundlich isotherm illustrated the best description of the cobalt, copper, nickel and lead adsorption mechanisms on tea compost. Results showed is more the in 30 min efficiency of tea compost column biofilter in removing heavy metals that can be remove than 95%.
    Keywords: Tea Compost, Natural Adsorbent, Heavy Metals, adsorption
  • G. Heidari *, S. M. Mousavi Khoie, M. Ghasemifard, M. Javanbakht Pages 81-94
    In this study, the early stages of copper electrodeposition on molybdenum substrate from slightly acidic electrolyte were studied by cyclic voltammetry (CV) and chronoamperometry. The electrochemical deposition of copper on molybdenum substrate was investigated from the view point of thermodynamic, kinetic, and nucleation and growth mechanism. According to the CV analysis, the electrodeposition of copper on molybdenum substrate was determined to be irreversible process with diffusion controlled and it was confirmed by Randles-Sevcik equation. Diffusion coefficient of copper species at pH=3 and 4 was determined by Randles-Sevcik and Cottrel equations and their results were in agreement with each other. Using Scharifker-Hills model, the current transients of copper were analyzed. The copper nucleation mechanisms were evaluated as a function of solution pH and deposition potential. It was found that at pH=3 and 4, the nucleation mechanism of copper on grounded substrate was mixed, while with increasing the pH and potential, the nucleation mechanism shifts toward 3D instantaneous. Soaking of substrate in NH3 and then HCl solution after grounding did not change the nucleation mechanism. Etching the substrate in solution containing H2SO4, HNO3 and HCl after grounding changed the nucleation mechanism from 3D instantaneous to 3D progressive.
    Keywords: Electrodeposition, Copper, Nucleation, Growth, Molybdenum
  • M.A. Misaghi *, R. Bakhtiari Pages 95-112
    According to the industry’s need to an appropriate bonding process for components made of AISI 321 austenitic stainless steel, which is used in power-plant parts such as turbines, transient liquid phase (TLP) bonding of AISI 321 steel using MBF-30 and MBF-20 interlayers was studied in this research. TLP bonding was performed in a vacuum furnace at 1050, 1100 and 1150 oC for 30-120 minutes. The microstructural studies were conducted on the joints using an optical microscope and an scanning electron microscope (SEM). Phase analysis of the joints was also performed a SEM/EDS and XRD system. To investigate the distribution of elements across the joints, line scan analysis was used. The shear strength test and the microhardness measurement test were conducted on the joints, in order to study the joints’ mechanical properties. The minimum time or complete isothermal solidification at 1050, 1100 and 1150oC was obtained as 75, 45 and 30 minutes, respectively. At the incomplete isothermal solidification condition, Fe-B, Cr-B, Ni-Si and Ni-B phases were observed at the joint centerline and diffusion affected zone (DAZ). With increasing bonding temperature and time, more homogenous joint, lower hardness at the different zones of the joints and higher shear strength were obtained. The maximum shear strength for MBF-30 interlayer was obtained as 99 and 98 percent of that of the base metal, and for MBF-20 interlayer was obtained as 95 and 94 percent of that of the base metal, respectively.
    Keywords: TLP bonding, AISI 321 steel, MBF-30, MBF-20 interlayers, Mechanical properties
  • B. Mirzaei, M. Rafienia, A. Zarrabi * Pages 113-124
    A novel nanocomposite based on graphen oxide and beta cyclodextrin molecules was constructed and used for electrochemical detection of curcumin, chlorpromazine and clomipramine. The obtained beta cyclodextrin- graphen nanocomposite was characterized by Fourier Transform infrared (FTIR) spectroscopy, high resolution transmission electron microscopy (HRTEM) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). FTIR results showed that beta cyclodextrin molecules are attached to graphene sheets with hydrogen bonding. HRTEM images showed single layers of graphene oxide nanosheets and the homogenous distribution of betacyclodextrin molecules on to the surface of graphen oxide sheets. The fabricated sensor represents good electrochemical response toward oxidation of these drugs via differential pulse voltammetry. For curcumin, chlorpromazine and clomipramine oxidation peak current was recorded at 0.48, 0.61 and 0.31 V.
    Keywords: Graphene Oxide, ?-Cyclodextrin, Nanocomposite, Electrochemical sensor
  • Seyed M. Mirhadi *, A.A. Nourbakhsh, N. Lotfian, P. Mashayekh Pages 125-134
    This paper reports the successful synthesis of nano structured forsterite (Mg2SiO4)scaffold with high compressive strength for tissue engineering application. Forsterite slurry was prepared and pre-cut foams were immersed in the slurry for 5 min. The saturated foams were then annealed at various times and temperatures using the two step sintering method. The compressive strength and porosity of the scaffolds were in the range of 0.03-24.16 MPa and 58-88% depends on the heat treatment process, respectively. The J samples consisted of grains in the range of24 to35 nm and micron size pores that could be detected by SEM observation.
    Keywords: forsterite scaffold, lost foam, porousity, Two step sintering
  • S. Ghasemi-Kahrizsangi *, A. Nemati, A. Shahraki, M. Farooghi Pages 135-148
    Magnesia-doloma refractories are alkali products from sintered (or fusion) doloma and magnesia fusion), which have 50-80 wt. % MgO. These refractory have many advantages such as high corrosion resistance against slag, high temperature performance, ability to produce clean meet, and cost-effective (due to the abundance of dolomite and magnesite ores in Iran). However, the use of this type of refractories has been faced with restrictions due to poor hydration resistance in various industries. In this study, the effect of adding zirconium oxide nanoparticles on microstructure and hydration resistance of magnesia – doloma refractories containing 35 wt. % CaO is evaluated. Cylindrical samples were pressed under pressure 90MPa, and after it were dried and fired at 110 ℃ for 24 h and, heated t0 1650℃ with 5min / ℃ the for 3 h. Results show that the positive effect of adding zirconium oxide nanoparticles on the sintering temperature samples, due to the larger atomic radius of Mg than Ca thus lower the bond strength of Mg-O tend replacement Ca2 with Zr 4 cations network with CaO greater than Mg2 MgO networks and the formation of calcium zirconate phase (CaZrO3). According to the result it can be found thet in doloma free CaO reduced by creating (CaZrO3) phase, as well as cavities formed by replacing the cationic in the network, increased the diffusion and sintering process which it led to creates a more dense structure and hydration resistant improvement.
    Keywords: Magnesi-Doloma, Refractories, Hydration Resistance, Nano-ZrO2
  • O. Hatami, K. Amini *, H. Ghayour Pages 149-162
    In this research, the ARB process was used to produce Cu/Al/Al2O3 nano-composite. For this purpose, the rolling process was performed in multistep. In the beginning step, the surface of Al and Cu plates were prepared and then in the second step, three pieces of Al plates were put between four pieces of Cu plates and the boundary of plates was filled with alumina powder. In the third step, these layers were shaped as sandwich layers and rolled. The sandwiches were then cut into half and surface treatment was performed on them. Then, two halves of the composite were overlaid together and then rolled again. The rolling process was conducted for nine cycles. Microstructure and mechanical properties of each composite were analysed during each rolling cycle. Microstructural analysis was carried out via optical microscopy (OM) and scanning electron microscopy (SEM). Mechanical properties at various cycles were evaluated by tensile and hardness tests. Phase analysis of the samples was performed by using X-ray diffraction (XRD) analysis. Additionally, the corrosion behaviour of the composites was investigated at different cycles.
    The obtained results showed that by repeating the rolling cycles, the thickness of reinforced aluminium layer decreased and this layer was distributed in the final cycle as a consequence of fracture. In addition, Al2O3 powder was uniformly distributed into the matrix. By increasing the number of the cycles, the structure of the composite was crashed and approximately decreased to 31.26 nanometers in the final cycle. By using the ARB process, the amount of ultimate tensile strength and hardness of composite increased to 420 Mpa and 140 HV as compared with the aluminium plates (252 MPa and 55 HV), respectively. The dominant form of corrosion in this composite is pitting corrosion and thus, the resistance of products prepared via the ARB process against the pitting corrosion is low.
    Keywords: Cu-Al-Al2O3 Nano-composite, ARB process, Microstructure, Mechanical properties, Corrosion properties