فهرست مطالب

مواد نوین - سال هشتم شماره 4 (تابستان 1397)
  • سال هشتم شماره 4 (تابستان 1397)
  • تاریخ انتشار: 1397/05/30
  • تعداد عناوین: 14
|
  • فردین قاسمی پیرانلو، فاطمه باورسی ها*، سعیده داداشیان صفحات 1-12
    فوتوکاتالیست مغناطیسی Fe3O4/SiO2/ZnO به روش سل- ژل سنتز شد. بدین منظور، در مرحله اول ذرات Fe3O4به عنوان هسته مغناطیسی این کامپوزیت و با به کارگیری از روش احیای کربن تهیه گردید. در مرحله دوم، پوشش دهی پوسته SiO2با استفاده از پیش ماده تترا اتیل اورتو سیلیکات (TEOS) انجام شد. در پایان پوسته اکسید روی با استفاده از پیش ماده نیترات روی هیدراته بر روی کامپوزیت Fe3O4/SiO2 قرار گرفت. نانوساختارهای تهیه شده با استفاده از آنالیزهای میکروسکوپ الکترونی روبشی محیطی (FESEM)، میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM)، الگوی پراش پرتو ایکس (XRD)، آنالیز خواص مغناطیسی (VSM) و طیف سنجی پراش انرژی پرتو ایکس (EDX) مشخصه یابی شد. نتایج FESEM و TEM، پوشش دهی سیلیس و اکسید روی را بر روی ذرات هسته تایید کرد و فوتوکاتالیست مغناطیسی Fe3O4/SiO2/ZnO با موفقیت تهیه شد. میانگین اندازه ذرات Fe3O4به طور تقریبی 300 نانومتر به دست آمد. ضخامت پوسته سیلیس به طور تقریبی 25 نانومتر و ضخامت پوسته اکسید روی در حد چند نانومتر حاصل شد. نتایج VSM نشان داد که پوشش دهی پوسته سیلیس و اکسید روی، سبب کاهش مغناطیس اشباع (Ms) پودر Fe3O4 شده است به طوری که مغناطش اشباع از emu/g 80 به emu/g 8/48 کاهش یافته است که این مقدار جهت بازیابی مغناطیسی مناسب است. خواص فوتوکاتالیستی کامپوزیت Fe3O4/SiO2/ZnO تحت تابش نور UV و بر روی تخریب متیلن نارنجی مورد بررسی قرار گرفت. تخریب متیلن نارنجی 70% به دست آمد.
    کلیدواژگان: اکسید روی، مغناطیس، فوتوکاتالیست، سیلیکا، ساختار هسته - پوسته
  • فاطمه زرقانی، سید مصطفی موسوی زاده، غلامرضا ابراهیمی*، حمیدرضا عزت پور صفحات 13-30
    در پژوهش حاضر، یک تکنیک جدید از روش جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی نقطه ای با هدف حذف فرورفتگی مورد بررسی قرار گرفته است. این روش در مورد ورق های آلیاژ آلومینیوم 2024 با ضخامت 1میلی متر، تحت اثر سرعت چرخش ثابت و با تغییر قطر شانه ابزار و زمان نگهداری ابزار انجام شده است. اثر قطر شانه و زمان نگهداری ابزار بر خواص مکانیکی مورد ارزیابی و بحث قرار گرفته است. ارزیابی ها نشان می دهد که این روش جدید دارای قابلیت ایجاد فصل مشترک متالورژیکی بدون عیب به همراه ساختار همگن و دانه ریز در ناحیه جوش می باشد. به گونه ای که اندازه دانه از 21 میکرومتر در فلز پایه به 5 میکرومتر در ناحیه همزده کاهش یافته و نیز اتصالات، نیروی شکست بالاتر از 6000 نیوتون را نشان دادند. سطح اتصال، عمق ناحیه همزده، ضخامت ورق بالا، هندسه هوک، اندازه دانه و ذوب موضعی از جمله عوامل اثر گذار بر خواص مکانیکی هستند که با تغییر پارامترهای فرآیند تغییر می کنند.
    کلیدواژگان: جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی نقطه ای، خواص مکانیکی، وضعیت شکست، آلومینیوم 2024
  • آریا افشارنادری، جعفر راثی زاده غنی، مهدی ملکان*، مسعود امامی صفحات 31-42
    در این پژوهش، ریزساختار و خواص مکانیکی آلیاژ منیزیم AZ91 در شرایطی که به آن مقادیر مختلف عنصر استرانسیم (0، 05/0، 5/0 و 1 درصد وزنی) افزوده شده بود، مورد بررسی قرار گرفت. ریزساختار و خواص مکانیکی هر یک از آلیاژها، توسط میکروسکوپ نوری، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، دستگاه آنالیز پراش اشعه ایکس (XRD) و دستگاه تست کشش مورد بررسی قرار گرفت. نتایج بررسی ها نشان داد که با افزودن استرانسیم، کسر حجمی فاز Mg17Al12 در آلیاژ کاهش یافته است. همچنین با افزایش استرانسیم اندازه دانه ها بعد از عملیات حرارتی همگن سازی به مقدار قابل توجهی کاهش پیدا می کند. در این حالت اندازه دانه ها از 131 میکرومتر در AZ91 بدون استرانسیم به 43 میکرومتر در آلیاژ AZ91 همراه با 1 درصد وزنی استرانسیم کاهش یافت. علاوه بر این مشاهده شد که بیش ترین استحکام کششی و درصد ازدیاد طول در بین آلیاژهای مورد بررسی، در آلیاژ AZ91 به همراه 1 درصد وزنی استرانسیم رخ می دهد. با افزایش استرانسیم از صفر تا یک درصد وزنی، استحکام کششی از MPa 129 به MPa 177 و میزان درصد ازدیاد طول از 1/1 به 2 درصد، افزایش می یابد. همچنین بررسی سطح شکست نیز نشان داد که شکست در این آلیاژها به صورت کلیواژ (ترد) می باشد و با افزوده شدن استرانسیم تغییری در نوع سطح شکست به وجود نمی آید.
    کلیدواژگان: آلیاژ منیزیم AZ91، استرانسیم (Sr)، ریزساختار، خواص مکانیکی، اندازه دانه
  • حسین کفاشان*، زهره بلک صفحات 43-56
    با استفاده از روش رسوب الکتروشیمیایی، لایه های نازک سولفید قلع (SnS) خالص و آلایش یافته با ایندیوم از یک محلول آبی تهیه شدند. دمای حمام، زمان لایه نشانی، پتانسیل انباشت لایه و pH به ترتیب °C 60، 30 دقیقه، V 1- و 1/2 بودند. لایه های نازک تهیه شده با استفاده از روش های پراش پرتو X (XRD)، میکروسکوپ الکترونی عبوری (FESEM)، نورتابناکی (PL) و طیف نگاری UV-vis مشخصه یابی شدند. الگوهای XRD نشان دادند که آلایش ایندیوم، منجر به کاهش کیفیت بلوری و ریزتر شدن اندازه بلورها می گردد. تصاویر FESEM نشان دادند که مورفولوژی لایه های نازک دانه-شکل بوده و ساختارهایی در مقیاس میکرو/نانومتری وجود داشت. نتیجه آزمایش فوتولومینوساناس (PL) نشان داد که در اثر آلایش ایندیوم یک قله نشری جدیدی در محدوده نشر نور نارنجی ایجاد می شود. آنالیز طیف نگاری UV-vis نشان داد که ویژگی جذب نور لایه های نازک SnS پس از آلایش ایندیوم بهبود یافته و انرژی پهنای باند لایه های SnS خالص از eV 45/1 به eV 40/1 کاهش یافت. بنابراین، کلیه نتایج نشان دهنده نقش کلیدی آلاینده ایندیوم بر خواص ساختاری و نوری لایه های نازک SnS است.
    کلیدواژگان: سولفید قلع، خواص نوری، رسوب الکتروشیمیایی، لایه های نازک نانوساختار، انرژی پهنای باند
  • مجتبی زاد علی، محمد کوتیانی، خلیل رنجبر * صفحات 57-70
    در این پژوهش، کامپوزیت درجای زمینه آلومینیمی تقویت شده با نانوذرات آلومینایدی با استفاده از فرآیند اصطکاکی اغتشاشی (FSP) تولید شد. برای این منظور از آلیاژ کار شده ی Al 3003-H14به عنوان فلز پایه و پودر تیتانیم با اندازه ی ذرات کوچک تر از 45 میکرومتر به عنوان تقویت کننده استفاده گردید. استحکام کششی و سختی نمونه ی فلز پایه، فلز پایه FSPشده و کامپوزیت تولیدشده تحت 6 پاس فرآیند اصطکاکی اغتشاشی اندازه گیری شد و ریزساختار توسط روش میکروسکوپی نوری و الکترونی و هم چنین آنالیز XRDبررسی و مورد مطالعه قرار گرفت. بررسی های ریزساختاری نشان داد که اعمال فرآیند اصطکاکی اغتشاشی منجر به تغییر ریزساختار فلز پایه از دانه های بزرگ و کشیده به دانه های ریز و هم محور در نمونه ی کامپوزیتی می شود. هم چنین مشاهده شد که وقوع واکنش شیمیایی در فصل مشترک بین ذرات تیتانیم افزوده شدهو زمینه آلومینیم باعث تشکیل ترکیبات آلومینایدی به صورت یک لایه ی پوسته کروی می شود که در ادامه فرآیند این لایه شکسته شده و در سرتاسر زمینه به طور یکنواختی توزیع می شود. نتایج هم چنین نشان داد که استحکام کششی و سختی کامپوزیت نسبت به فلز پایه حدود 30 % افزایش یافته است.
    کلیدواژگان: فرآیند اصطکاکی اغتشاشی، آلیاژ Al 3003-H14، کامپوزیت درجا، آلومیناید ?Al ?-3 Ti
  • بهزاد کوزه گرکالجی*، مهدی موسایی صفحات 71-82
    در این پژوهش نانوذرات اکسید روی به همراه افزودنی های Ti (10 درصد مولی) و Si (10 درصد مولی) به روش سل ژل سنتز شد. خواص نمونه ها (SZ، TZ، STZ) در مقایسه با اکسید روی خالص (ZnO=Z) مورد بررسی قرار گرفت. روش های XRD، SEM و UV-VIS برای بررسی فازهای کریستالی، مورفولوژی و اندازه ذرات، خواص نوری و فتوکاتالیستی نانوذرات استفاده شده است. خواص فتوکاتالیستی نمونه ها تحت تابش نور فرابنفش و با استفاده از تخریب رنگ متیلن بلو (MB) به عنوان یکی از آلاینده های رنگی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان می دهد، تمامی نمونه ها در دمای 450 درجه سانتیگراد از فاز کریستالی اکسید روی تشکیل شده است. اندازه ذرات نمونه ها در حضور کاتیون فلزی ریزتر گردیده است. بررسی خواص فتوکاتالیستی نمونه ها حاکی از حضور مثبت آلاینده های فلزی برای بهبود خواص فتوکاتالیستی نمونه ها می باشد، به گونه ای که در نمونه به همراه آلاینده همزمان، نسبت به نمونه خالص ZnO و آلاینده جداگانه نمونه ها (TZ و SZ)، از بازده فتوکاتالیستی بالاتری برخوردار بوده است.
    کلیدواژگان: اکسید روی، آلاینده تیتانیوم - سیلیسیم، تخریب فتوکاتالیستی، خواص نوری
  • مرضیه عباسی، ایمان فرح بخش * صفحات 73-96
    شیشه های زیست فعال به دلیل توانایی برقراری پیوند شیمیایی و فیزیکی با استخوان کاربرد وسیعی به عنوان روکش در ترمیم استخوان و کاشتنی های فلزی بدن دارند. استفاده از نانو پودر شیشه زیست فعال در پوشش های کامپوزیتی علاوه بر بهبود خواص شیمیایی و افزایش زیست سازگاری کاشتنی ها در محیط بدن، به دلیل سختی ذاتی شیشه، باعث افزایش استحکام پوشش نیز می گردد. در این پژوهش، ابتدا ذرات شیشه زیست فعال در ابعاد نانومتری تولید گردیده و سپس نانوکامپوزیت شیشه زیست فعال (S45)/TiO2/فلوئورآپاتیت با استفاده از اختلاط مواد اولیه سنتز شده و یک یا چند لایه از آن طی روش غوطه وری بر روی صفحه تیتانیومی پوشش دهی شد. از طرفی به منظور بررسی دقیق تر اثر شیشه زیست فعال و فلوئور آپاتیت در ترکیب کامپوزیت مورد نظر، مقادیر مختلفی از این مواد در تهیه پوشش مورد استفاده قرار گرفت. خواص فیزیکی و شیمیایی پوشش تهیه شده به کمک آنالیزهای پراش پرتوی ایکس (XRD)، طیف سنجی مادون قرمز (FTIR)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، آنالیز اندازه ذرات (PSA) و آزمون سختی سنجی مورد بررسی قرار گرفت. تصاویر SEM و آنالیزهای پراش پرتوی ایکس (XRD) نشان دادند که لایه آپاتیتی بر روی سطح پوشش پس از غوطه ور کردن در محلول شبیه سازی شده بدن (SBF) تشکیل می گردد. تشکیل این لایه با افزایش زمان غوطه ور بودن نمونه ها در محلول شبیه ساز بدن (SBF) و افزایش مقدار شیشه زیست فعال و فلوئور آپاتیت، افزایش می یابد. در نهایت برای نانوذرات تولید شده در این مقاله، میزان سختی برحسب تعداد لایه های پوشش دهی شده مورد بررسی قرار گرفت.
    کلیدواژگان: شیشه زیست فعال، غوطه وری، دی اکسید تیتانیوم، فلوئورآپاتیت، نانوکامپوزیت
  • رضا فرجی، محمدجعفر هادیان فرد * صفحات 97-108
    پوشش های آلی حاوی نانوذرات ، سیستم هایی می باشند که با استفاده از نانو مواد مهندسی شده همچون نانوذرات سیلیکا، در زمینه پوشش های آلی، سبب بهبود خواص نهایی آن ها می گردند. هدف از این تحقیق، ساخت پوشش های آلی آکریلیک امولسیونی پایه آب حاوی نانوذرات سیلیکا و دستیابی به درصد وزنی بهینه نانوذرات سیلیکا به عنوان فاز تقویت کننده آن ها می باشد. برای این منظور، پوشش های آلی آکریلیک امولسیونی پایه آب توسط فرمولاسیون خاصی آماده گردید و نانوذرات سیلیکا با درصدهای وزنی 5/0، 75/0، 0/1 و 25/1 در زمینه پلیمری پوشش های آلی پخش شدند. آزمون های چسبندگی، سختی مداد، ریزسختی (ویکرز)، سایش، زبری، مقاومت در برابر آب و گرانروی نمونه ها صورت پذیرفت تا خواص رئولوژیکی، مکانیکی، فیزیکی و شیمیایی پوشش های آلی حاوی نانوذرات بررسی شود. به منظور مطالعه مورفولوژی از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و میکروسکوپ نوری (OM) کمک گرفته شد. همچنین مدت زمان خشک شدن فیلم پوشش های آلی بررسی گردید تا تاثیر حضور نانوذرات بر زمان خشک شدن ارزیابی گردد. نتایج میکروسکوپ SEM و OM نشان داد که افزودن نانوذرات سیلیکا تا 0/1 درصد وزنی به عنوان فاز تقویت کننده، پراکندگی خوبی در زمینه پوشش های آلی داشت و نیز از چسبندگی بالایی بین فاز زمینه و تقویت کننده برخوردار می باشند. علاوه بر این، میزان 0/1 درصد وزنی از نانوذرات سیلیکا به عنوان فاز تقویت کننده در زمینه پوشش های آلی آکریلیک امولسیونی پایه آب، سبب بهبود خصوصیات نهایی این پوشش های آلی گشت.
    کلیدواژگان: پوشش های آلی آکریلیک، نانوذرات سیلیکا، سایش، میکروسکوپ الکترونی روبشی
  • محمدرضا ساختمانیان، محمد هنرپیشه *، سعید امینی صفحات 109-124
    شکل دهی افزایشی ورق، یکی از فرایندهای تولید قطعات فلزی ورقی بدون استفاده از قالب است که به منظور نمونه سازی سریع، کاهش زمان و هزینه های ساخت قطعات گسترش یافته است. در این فرآیند نیز همانند دیگر فرآیندهای شکل دهی کاهش نیروی شکل دهی و بهبود خواص مکانیکی قطعه حاصل مدنظر می باشد که برای این منظور روش های مختلفی گسترش یافته است. یکی از این روش ها، استفاده از ارتعاشات فراصوت و اعمال آن بر روی فرآیند می باشد. در این مطالعه به منظور بهبود خواص مکانیکی قطعه ساخته شده در فرآیند شکل دهی نموی از اعمال ارتعاشات فراصوت بر روی ابزار استفاده شده است. هدف از انجام این مطالعه، بررسی تاثیر ارتعاشات فراصوت بر خواص مکانیکی قطعات ساخته شده در فرآیند شکل دهی نموی است. برای این منظور تجهیزات مناسب برای انجام این فرآیند طراحی و ساخته شد. سپس نمونه های هرمی شکل تحت شرایط مختلفی از سرعت های پیشروی افقی و عمودی تحت تاثیر ارتعاشات فراصوت تولید شد و آزمون های سختی و کشش بر روی نمونه های تولید شده انجام پذیرفت. نتایج به دست آمده نشان داد که تحت تاثیر ارتعاشات فراصوت، سختی 50 درصد و استحکام کششی 30 درصد افزایش یافته است. مطالعات ریزساختاری بر روی نمونه ها نشان داد که به دلیل افزایش دمای نمونه ها در نتیجه تبدیل ارتعاشات فراصوت به گرما فرآیند تبلور مجدد پیوسته در ساختار میکروسکوپی نمونه ها به وقوع پیوسته است که این فرآیند، منجر به ریز شدن دانه ها و در نتیجه بهبود خواص مکانیکی شده است.
    کلیدواژگان: ارتعاشات فراصوت، شکل دهی افزایشی، خواص مکانیکی، ورق دو لایه
  • داود یارعلی، رضا احمدی *، رامین حسینی صفحات 125-136
    به دلیل خواص فیزیکی- شیمیایی منحصر به فرد نانو ذرات در مهار رشد باکتری، پژوهش بر روی نانو ذرات و کاربردهایشان به عنوان عامل ضد میکروبی افزایش یافته است. در این بررسی نانو ذرات مس- قلع و اکسیدهای آن به روش انفجار الکتریکی در محیط آب بین الکترودهای مس- قلع سنتز شد. این روش امکان تهیه نانو ذرات اکسیدی و فلزی با نرخ تولید بالا و فعالیت سطحی زیاد را فراهم می آورد. نانو ذرات اکسید مس و اکسید قلع به عنوان نانو ذرات کاربردی با فعالیت ضد باکتری موثر شناخته شده اند. مشخصه یابی نانو ذرات ساخته شده با استفاده از تکنیک پراش پرتو ایکس، طیف سنج مرئی- فرابنفش، میکروسکوپ الکترونی روبشی و آنالیز BET انجام شد. نتایج نشان داد با تغییر شدت جریان اعمالی، نانوذرات اکسید مس - قلع با اندازه میانگین حدود 19 تا 5/37 نانومتر به روش انفجار الکتریکی سیم تشکیل شدند. فعالیت ضد باکتری نانوذرات در برابر باکتری اشرشیاکولی با استفاده از غلظت های مختلف نمونه های نانو ذرات اکسید مس- قلع به روش تعیین چگالی نوری مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان دادند که نانو ذرات اکسید مس- قلع دارای خاصیت ضد باکتری هستند و این خاصیت با افزایش غلظت نانو ذره در محیط مایع و کاهش متوسط اندازه دانه، افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: انفجار الکتریکی سیم، نانو ذره، اکسید مس- قلع، آنتی باکتریال
  • ساسان اژدری، فرهاد شهریاری نوگورانی * صفحات 137-146
    پوشش های ضخیم تنگستن در ساخت آند لامپ های تولید پرتو ایکس مورد استفاده در تجهیزات تشخیص پزشکی کاربرد دارند. با توجه به اهمیت صافی سطح آند در کیفیت تصویر رادیولوژی حاصل، لازم است قطعه آند تا حد امکان زبری سطحی پایینی داشته باشد و بتواند این زبری پایین را در شرایط کاری دمای بالا حفظ نماید. به منظور بهبود کارآیی این لامپ ها مورفولوژی سطحی پوشش های تنگستنی اعمال شده به روش پاشش پلاسمایی اتمسفری بلافاصله پس از پوشش دهی، بعد از عملیات آنیل در اتمسفر هیدروژن و پس از نشاندن لایه ای نازک از تنگستن به روش رسوب شیمیایی بخار مطالعه شد. آنیل هیدروژنی در اتمسفر هیدروژن مرطوب و دمای °C 1500 به مدت 90 دقیقه انجام شد. رسوب شیمیایی بخار به روش دفن نمونه ها در بستری از پودر اکسید تنگستن و سپس احیای پودر در اتمسفر هیدروژن مرطوب در °C1000 اجرا شد. ریزساختار سطحی پوشش با استفاده از تصاویر میکروسکوپی الکترونی روبشی، آنالیز شیمیایی طیف سنجی پراکندگی انرژی، زبری سنجی مکانیکی و پراش پرتو ایکس ارزیابی شد. نتایج نشان داد که عملیات تکمیلی در نظر گرفته شده قادر است ریخت سطحی را از حالت اکسید شده و زبر به یک ساختار ستونی ظریف با زبری میانگین کم تر از 1 میکرومتر تغییر دهد.
    کلیدواژگان: پاشش پلاسمایی اتمسفری، رسوب شیمیایی بخار، آنیل در اتمسفر هیدروژن، پوشش تنگستنی، لامپ تولید اشعه ایکس
  • مصطفی کارآموز *، مصطفی علیزاده، علیرضا احمدی صفحات 149-158
    در این مطالعه، ریزساختارها و خواص مکانیکی آلیاژ آلومینیوم 7075 حاصل از دو روش فعالسازی مذاب در اثر اعمال کرنش (SIMA) متداول و SIMA اصلاح شده بررسی شده اند. می توان گفت که ریزساختار مطلوب برای شکل دهی نیمه جامد، ریزساختار غیردندریتی با کرویت مناسب است. در این مطالعه، نوعی اصلاح شده از روش SIMA برای مقایسه با نوع متداول آن بکار برده شد بطوری که نوار آنیل شده آلیاژ 7075 که پس از نورد در یک کوره الکتریکی در دمای °C590 به مدت زمان های مختلف نگهداری شده و سپس تا °C500 سرد شده و در آب سرد سریعا خنک گردید. سپس مرحله ذکر شده بدون انجام نورد تکرار شد. نتایج حاکی از بهبود محسوس ریزساختار و خواص مکانیکی محصول روش SIMA اصلاح شده بودند به گونه ای که در این روش، نه تنها ساختار گلبولی ریزتر و همگن تر در آلیاژ تشکیل شد، بلکه سبب توزیع همگن تر فازهای ثانویه به صورت ناپیوسته در مرزدانه نیز گردید و ساختار یوتکتیک را در آلیاژ حذف نمود. این بهبود ساختار، منجر به بهبود خواص مکانیکی از جمله استحکام کششی از MPa 371 به MPa 442 ، انعطاف پذیری از 2/4 درصد به 1/13 درصد گردید. همچنین، علی رغم کاهش میکروسختی بیشینه در مرزدانه، سطح میکروسختی در دانه ها ارتقاء یافته و شکل پذیری نیز بطور محسوسی بهبود پیدا کرد.
    کلیدواژگان: شکل دهی نیمه جامد، SIMA، آلیاژ 7075، خواص مکانیکی
  • محسن قسوری*، محمدعلی بوترابی صفحات 159-168
    یکی از مشکلات ریخته گری منیزیم و آلیاژهای سری AZ درشت دانگی است. هدف از این پژوهش، ایجاد ریزساختاری ظریف تر نسبت به ریخته گری در ماسه معمولی است. در این تحقیق از روش جدید ریخته گری فرسابی استفاده شد. در روش ریخته گری فرسابی پس از ذوب ریزی و قبل از انجماد کامل قطعه، قالب باید توسط آب شسته شود. به این ترتیب سرعت انجماد قطعه افزایش می یابد. قالب ماسه ای s30 بعد از ذوب ریزی با فشار آب شسته شده تا حرارت قطعه قالب ماسه تو سط آب خارج شود. آنالیز حرارتی توسط ترموکوپل های قرار گرفته در نقاط مشخصی از قالب انجام شد. سپس با استفاده از آن ها سرعت سرد شدن نمونه ها اندازه گیری شد. سرعت سرد شدن در فاصله دمای شروع تا پایان انجماد یعنی در ناحیه خمیری برای نمونه ی فرسابی 27/1 و برای نمونه معمولی °C/sec 52/0 به دست آمد. سرعت سرد شدن نمونه فرسابی 42/2 برابر نمونه ریخته شده در ماسه CO2 معمولی بود. با افزایش سرعت سرد شدن اندازه ی دندریت ها از 5/164 به μm9/46 کاهش یافت. برای پیش بینی جهت دار بودن دندریت ها، گرادیان دمایی بین دو نقطه از نمونه فرسابی در حین سرد شدن اندازه گیری شد. متوسط گرادیان دمایی بین این دو نقطه °C/mm12/1 بود. این میزان گرادیان دمایی برای ایجاد ساختار ستونی کافی نبود. در نمونه فرسابی درصد حجمی فاز یوتکتیک و رسوبات کم تر شد. در نمونه فرسابی تغییری در شکل حفرات مشاهده نشد؛ اما میزان درصد حجمی و میانگین قطر تخلخل ها کاهش یافت. میانگین قطر تخلخل ها در نمونه معمولی 82 و در نمونه فرسابی μm42 بود.
    کلیدواژگان: ریخته گری فرسابی، آلیاژ AZ81، ریزدانگی، رسوبات، تخلخل
  • امیرحسین تقوایی*، نازنین قاسمعلی نژاد شیرازی فرد صفحات 169-182
    آلیاژهای شیشه ای پایه کبالت به دلیل خصوصیات مغناطیسی نرم عالی و مقاومت به خوردگی بالا همواره مورد توجه محققان قرار گرفته اند. در این پژوهش، نوارهای آلیاژ شیشه ای Co-Fe-Ta-Hf-B با پایداری حرارتی بالا توسط روش مذاب ریسی ساخته شد و در ادامه سینتیک تبلور آن به طور سیستماتیک در حالت عملیات حرارت دهی پیوسته در نرخ های متفاوت گرمایش مطالعه گردید. مقادیر انرژی فعال سازی ظاهری و جزیی تبلور، مقدار استحاله انجام شده بر حسب دما و نیز سایر پارامترهای سینتیکی توسط مدل های سینتیکی مرسوم نظیر اوزاوا محاسبه شدند. همچنین، سینتیک تبلور آلیاژ تولیدی توسط دو مدل سینتیکی مشهور جانسون-مهل-آورامی و سستاک-برگرن بررسی شد. نتایج به دست آمده نشان داد که انرژی فعالسازی جزیی تبلور با افزایش درصد فاز بلوری افزایش می یابد. همچنین مقدار متوسط انرژی فعال سازی مطابق مدل کسینجر kJ/mol 664 محاسبه گردید که این عدد در مقایسه با بسیاری از آلیاژهای شیشه ای بزرگ تر و خود موید پایدار حرارتی بالای این آلیاژ می باشد. تحلیل نتایج به دست آمده نشان داد که الگوی جانسون-مهل-آورامی مدل مناسبی برای مطالعه سینتیک تبلور این آلیاژ نبوده و مدل سستاک-برگرن به دلیل رفتار خودکاتالیزوری و پیچیدگی پروسه تبلور مدل سینتیکی مناسبتری جهت بررسی سینتیک تبلور این آلیاژ می باشد.
    کلیدواژگان: آلیاژ شیشه ای، مذاب ریسی، سینتیک تبلور، رفتار خود کاتالیزوری
|
  • F. Ghasemi Piranlu, F. Bavarsiha *, S. Dadashian Pages 1-12
    The magnetic photocatalyst Fe3O4/SiO2/ZnO was synthesized by sol-gel method. For this purpose, in the first stage, Fe3O4 particles were prepared as the magnetic core of this composite and using the carbon recovery method. In the second stage, the coating of the SiO2 shell was performed using the tetraethyl orthosilicate (TEOS) precursor. In the end, the zinc oxide shell was deposited using a zinc hydrate nitrate precursor on the Fe3O4/SiO2 composite. The as-prepared nanostructures were characterized by environmental scanning electron microscopy analysis (FESEM), transmission electron microscopy (TEM), X-ray diffraction (XRD), Vibrating Sample Magnetometer (VSM) and Energy Dispersive X-ray (EDX). FESEM and TEM results confirmed the coating of silica and zinc oxide on core particles and the Fe3O4/SiO2/ZnO magnetic photocatalyst was successfully prepared. The particle size mean of Fe3O4 was 300 nm approximately. The silica shell thickness was 25 nm, and the thickness of the zinc oxide shell was about a few nanometers approximately. The VSM results showed that coating of silica and zinc oxide shells reduced the saturation magnetization (Ms) of Fe3O4 powder so that the saturation magnetization decreased from 80/8 emu/g to 48/8 emu/g, which It is suitable for Magnetic Recovery. Photocatalytic properties of Fe3O4/SiO2/ZnO composite were studied on methylene orange degradation under UV light irradiation. Destruction of orange methylene was achieved 70%.
    Keywords: Zinc Oxide, magnetic, photocatalyst, silica, Core–shell structure
  • F. Zarghani, Seid M. Mousavizade, G.R. Ebrahimi *, H.R. Ezatpour Pages 13-30
    Automotive industry has developed a variant of the Friction Stir Welding named Friction Stir Spot Welding (FSSW), to replace resistance spot welding (RSW) for aluminum sheets. It is claimed that the use of energy and the investment cost are decreased with using of friction stir spot welding in comparison with resistance spot welding. However, one of the disadvantages of FSSW technique is that a keyhole generally remains at the center of the stir zone. Keyhole defect can reduce the mechanical properties of FSSW joints. A novel friction stir spot welding technique was developed with the purpose to improve the mechanical property of the joints by removing the keyhole. This novel FSSW method was applied to 2024 Al alloy sheets, 1 mm in thickness, under different shoulder size and dwell times. The effect of shoulder size and dwell time on the mechanical properties of the spot joints has been studied. Studies show that this new spot welding technique can produce a defect-free metallurgical bond with a homogenous fine grain microstructure. The welding parameters variations change the bonding area, depth stir zone, upper sheet thickness, grain size and mechanical properties of the welds.
    Keywords: Friction stir spot welding, 2024Aluminium alloy, mechanical properties, Fracture mode
  • A. Afsharnaderi, J. Rasizadeh, M. Malekan *, M. Emamy Pages 31-42
    In this study, the effect of different amounts of Sr (0, 0.05, 0.5, 1 wt.%) was investigated on microstructure and mechanical properties of the AZ91 magnesium alloy. The microstructure and mechanical properties were investigated using optical microscope, scanning electron microscope (SEM), X-ray diffractometer (XRD) and tensile test. The results shown that by adding Sr, the volume fraction of the Mg17Al12 phase decreased. It was also found that the grain size decreased significantly by addition of Sr, after homogenization. In this case, the grain size decreased from 131 μm in AZ91 to 43 μm in AZ91 with 1 wt.% Sr. Furthermore, the optimum amount of UTS and elongation were observed by the addition of 1 wt.% Sr to AZ91 magnesium alloy. UTS and elongation increased from 129 MPa and 1.1% to 177 MPa and 2%, respectively, when the 1 wt.% Sr was added to the AZ91 alloy. The fracture surface observations showed that fracture mode in these alloys were cleavage and the Sr addition does not change the fracture mode.
    Keywords: AZ91 magnesium alloy, strontium (Sr), microstructure, mechanical properties, grain size
  • H. Kafashan *, Z. Balak Pages 43-56
    Undoped and In-doped SnS thin films have been prepared using an electrochemical deposition method. The bath temperature, deposition time, deposition potential, and pH kept constant at 60 ℃, 30 minutes, -1 V and 2.1, respectively. The synthesized un- and In-doped SnS thin films have been characterized by X-ray diffraction (XRD), field emission scanning electron microscopy (FESEM), room temperature photoluminescence (PL), and UV-vis spectroscopy. The XRD patterns showed that the crystalline quality and crystallite size has been decreased after In-doping. The morphology of un-and In-doped SnS thin films was grain-like. A new PL emission peak has been appeared after In-doping. The absorbance spectra of In-doped SnS thin films have been improved, compared with that of undoped SnS. In addition, the band gap energy of undoped SnS is decreased from 1.5 eV to 1.45 eV due to In-doping. Therefore, all results showed that the key role of indium dopant on the structural and optical properties of SnS thin films.
    Keywords: Tin sulphide, Optical properties, Electrodeposition, Nanostructured thin films, Band gap energy
  • M. Zadali, M. Kotiani, K. Ranjbar * Pages 57-70
    A rolled AA3003-H14 aluminum alloy sheet and Titanium metal powders were used to fabricate Al-surface composites reinforced by in-situ formed Al3Ti aluminide nanoparticles while applying friction stir processing (FSP). The titanium powder of particle sizes smaller than 45 microns was used as reinforcement. Tensile strength and the hardness of the surface composites were determined after applying 6 passes FSP. Its phase analysis was done by using an X-ray diffraction and the microstructural examinations were performed using an optical microscope and scanning electron microscopy. Microstructural examinations revealed that the large size and elongated grains of the base metal have transformed into a more homogeneous, equiaxed and smaller ones after applying FSP. It was also noticed that the reaction between the titanium powders and the aluminum matrix led to the formation of Al3Ti aluminide at the interface between the two elements. This aluminide formation was in the form of a spherical shell around the aluminum, wherein the later stage of processing fragmented into smaller particles and distributed throughout the matrix. Results showed that tensile strength and the hardness of the base metal were increased by about 30% after applying 6 passes FSP.
    Keywords: Friction stir processing, AA3003-H14 alloy, In-situ composite, Al3Ti aluminide
  • B. Koozegar Kaleji *, M. Mousae Pages 71-82
    In this study, zinc oxide nanoparticles were synthesized with the addition of Ti (10% mol) and Si (10% mol) by sol-gel method. The properties of samples contaminated with metal cations (SZ, TZ, STZ) were compared with pure zinc oxide (ZnO = Z). XRD, SEM and UV-VIS methods are used to study crystalline phases, morphology and particle size, optical properties and photocatalytic properties of nanoparticles. Photocatalytic properties of the samples were studied under UV exposure for one hour using methylene blue (MB) as a color contaminant in the textile industry. X-ray diffraction results show that all samples are formed at 450 ° C from the crystalline phase of zinc oxide with a vortex composition. The particle size of the samples in the presence of titanium and silicon metal cations is smaller than that of the zinc oxide sample. Investigation of the optical properties of the samples shows an increase in the band gap of the samples relative to the pure zinc oxide sample. The photocatalytic efficiencies of the samples indicate a positive presence of metal contaminants to improve the photocatalytic properties of the samples, such that in the sample with the simultaneous contaminant (STZ), compared to the pure ZnO sample and the individual contaminants ( TZ and SZ) have a higher photocatalytic efficiency.
    Keywords: Zinc Oxide, Si-Ti dopant, Photocatalytic degradation, Optical properties
  • M. Abbasi, I. Farahbakhsh * Pages 73-96
    Bioactive glasses are widely used as coatings for bone remodeling and metal implants due to the ability to bind chemically and physically with the bone. Using of bioactive glass in composite coatings not only will increase chemical properties. The use of bioactive glass nanopowders in composite coatings, in addition to improving the chemical properties and increasing the biocompatibility of the extinctions in the body, due to the inherent hardness of the glass, also increases the strength of the coating. In this study, coatings containing bioactive glass were synthesized in Nano scale using a mixture of raw materials, and by dipping method one or more layers coated onto plates Titanium. On the other hand, in order to investigate more accurately the effect of vitreous glass and fluorapatite on the composition of the composite, various amounts of these materials were used in coating preparation. The chemical and mechanical properties of the coated specimens in body simulated solution (SBF) were investigated by XRD, SEM, PSA and FTIR. SEM images and X-ray diffraction analyzes (XRD) showed that the apatite layer is formed on the surface of the coating after immersion in the SBF. The formation of this layer increases with increasing immersion time in the SBF and increasing the amount of bioactive glass and fluorapatite. Finally, for the nanoparticles produced in this paper, the degree of hardness was studied in terms of the number of coated layers.
    Keywords: Nanocomposite, Bioactive glass (45S), Fluorapatite, Dip coating, Sol-Gel
  • R. Faraji, M. J. Hadianfard * Pages 97-108
    Nanocomposites are defined as systems that use engineered nano materials, like silica nanoparticles, which improve the final properties of the organic coatings. The main objective of this study is to fabricate a water based acrylic nanocomposite to achieve optimal weight percentage of silica nanoparticles as reinforcement. The organic coatings were prepared by a special formulation in which silica nano particles of 0.5, 0.75, 1.0, and 1.25 weight percent were incorporated into the organic coatings matrix. The adhesion, pencil hardness, microhardness (Vickers), wear, roughness measurement of the film surface, water resistance viscosity tests were performed to evaluate rheological, physical, mechanical and chemical properties of the nanocomposites. Moreover, scanning electron microscopy (SEM) and optical microscopy (OM) were employed to study the morphology and the time span for film's drying were measured. The results of SEM and OM showed that the silica nanoparticles were well dispersed up to 1.0 wt% loading and the adhesion properties, between the matrix and reinforcement particles, will be enhanced. Besides, the paint properties were optimized as 1 wt% of nanoparticles were loaded.
    Keywords: acrylic organic coatings, silica nanoparticles, wear, scanning electron microscope
  • M.R. Sakhtemanian, M. Honarpishe *, S. Amini Pages 109-124
    Incremental Sheet forming (ISF) is one of the processes for producing sheet metal parts without the use of mold that has been developed to allow rapid prototyping and reduced time and cost of fabricating parts. In this process, as well as other forming processes, reducing of the forming force and improving of the mechanical properties of the created part are considered. For which purpose, various methods have been developed. One of these methods is the use of ultrasonic vibration and its application to the process. In this study, ultrasonic vibrations were used on the tool to improve the mechanical properties of the piece made in the incremental sheet forming process. The purpose of this study was to investigate the effect of ultrasonic vibration on the mechanical properties of parts made in the incremental forming process. So, suitable equipment for this process was designed and constructed. Then, pyramidal samples were produced under different conditions of horizontal and vertical feed rates under the influence of ultrasonic vibration and hardness and tensile testing were performed on the produced specimens. The results showed that hardness and tensile strength increased by 50% and 30% respectively, due to the applying ultrasonic vibration. Microstructural studies on the samples showed that due to the temperature increase of the samples as a result of the conversion of ultrasonic vibration into the heat, the continuous dynamic recrystallization (CDRX) process occurred in the microstructure of the samples, which resulted in the grain refinement and improvement in the mechanical properties.
    Keywords: Ultrasonic Vibration, Incremental Forming, mechanical properties, Bimetal Sheet
  • D. Yarali, R. Ahmadi *, R. Hosseini Pages 125-136
    Due to the unique physicochemical properties of nanoparticles with the ability to inhibit the growth of bacteria, research has increased on nanoparticles and their applications as the antimicrobial agents. In this study, nanoparticles of copper - tin oxide were synthesized via electrical explosion in water between copper-tin electrodes. This method provides the possibility of producing oxide and metal nanoparticles with high production rates and high surface activity. Copper oxide and tin oxide nanoparticles are known as practical nanoparticles with antibacterial activity. Nanoparticles characterization was performed using the X-ray diffraction, scanning electron microscopy, UV-visible absorption recording and BET analysis. The results showed that by changing the intensity of the applied current, oxide copper - tin with an average size of about 19 to 37.5 nm were formed by electrical explosion of wire. Antibacterial activity of nanoparticles against the E. coli bacteria was evaluated by determining the optical density of various samples with different concentrations of tin and copper oxide nanoparticles. The results showed that the copper - tin oxide nanoparticles possess antibacterial properties and this activity enhances by increasing the concentration of nanoparticles in the liquid medium and reduction the average grain size.
    Keywords: Electrical explosion of wire, Nanoparticles, Copper – tin oxide, Antibacterial
  • S. Ajdari, F. Shahriari Nogorani * Pages 137-146
    Thick tungsten coatings are used in diagnostic X-ray tube anode applications. Surface roughness has an important role in producing high quality diagnostic images, therefore it is crucial to develop and maintain a smooth anode surface. In order to improve the efficiency of such tubes, surface morphology of the plasma sprayed tungsten coatings was studied in the as-sprayed conditions, hydrogen annealed and top-coated with a chemically vapor deposited tungsten film. Hydrogen annealing was carried out in a wet hydrogen atmosphere at 1500 °C for 90 minutes. Chemical vapor deposition was carried out in a bed of tungsten oxide at 1000 °C. Surface morphology was evaluated by scanning electron microscopy, energy dispersive spectroscopy, X-ray diffractometry and stylus-type roughness measurement instrument. The results showed that the suggested post treatments could alter the surface morphology from an oxidized and rough surface to a metallic and smooth morphology. The surface of the final coating was covered by a thin layer of fine tungsten crystals with average roughness of less than 1 micrometer.
    Keywords: Atmospheric Plasma Spraying (APS), Chemical Vapor Deposition (CVD), Annealing in hydrogen atmosphere, APS-Wcoating
  • M. Karamouz *, M. Alizadeh, A.R. Ahmadi Pages 149-158
    In this study, the microstructures and mechanical properties of Al 7075 alloy obtained from conventional and modified SIMA have been investigated. In fact, the appropriate microstructure for the semi-solid forming is the non-dendritic microstructure with enough degree of spheroidity. In this research, a type of modified SIMA was used to make a comparison with the conventional SIMA. An annealed strip of Al 7075 alloy after rolling was soaked in an electrical furnace at 590 °C for different periods and then was cooled to 500 °C and quenched in cold water. After that, the mentioned procedure was repeated without rolling. The results showed noticeable improvement in the microstructure and the mechanical properties of the alloy processed by the modified SIMA. Not only was the globular structure finer and more homogenous but also, a more homogenous distribution of the secondary phase particles in a non-continuous manner was obtained at the grain boundaries and the eutectic structure was removed. These led to the improved mechanical properties such as ultimate tensile strength from 371 MPa to 442 MPa, elongation from 4.2 % to 13.1 %. In addition, although the maximum microhardness at grain boundaries decreased, the microhardness level within the grains improved and formability enhanced severely.
    Keywords: Semi-solid forming, SIMA, Al 7075 alloy, mechanical properties
  • M. Ghasvari *, S. M. Boutorabi Pages 159-168
    Grain growth is a challenge in AZ magnesium alloys casting. The purpose of this research was to develop a finer microstructure than the conventional sand casting. In this study, a new method ablation casting was used. In the ablation casting method the mold must be washed after pouring and before the part complete solidification. In this way the part solidification rate increases. The sand mold was washed by water pressure 30 seconds after pouring in order to remove the heat content of the piece only by water. Thermal analysis was done by thermocouples that were placed in certain positions in mold. Then the cooling rates of samples were measured by them. The cooling rates in mushy zone were 1.27 and 0.52°C/sec for ablated and conventional casting parts respectively. The Cooling rate of the ablated part was 2.42 times further than the conventional CO2 sand casting. Size of dendrites decreased from 164.5 to 46.9µm with increasing cooling rate. During the solidification temperature gradients between two points of the ablated part was measured to predict of dendritic solidification. The temperature gradient mean between these points was 1.12°C/mm. In ablated sample, eutectic phase volume percent and precipitates were reduced. There was no change in shape of the pores in the ablated sample, but the volume percent of pores and maximum size was reduced. The average pore diameters were 82 and 42µm in ablated and control sample respectively.
    Keywords: Ablation casting, AZ81 alloy, grain refinement, precipitates, porosity
  • A. H. Taghvaei *, N. Ghasemalinezhad Shirazifard Pages 169-182
    Co-based metallic glasses have attracted the attention of many researchers due to their excellent magnetic softness, as well as their high corrosion resistance. In the present research, Co-Fe-Ta-Hf-B glassy ribbon with a high thermal stability was prepared by melt-spinning and its isochronal crystallization kinetics at different heating rates was systematically investigated. The apparent and local activation energy of crystallization, the fraction of crystals at different temperatures and other kinetics parameters were calculated according to Ozawa method. In addition, the devitrification kinetics of the produced glass was studied based on the well-known Jahnson-Mehl-Avrami (JMA) and Sestak-Berggren (SB) models. The results indicated that the local activation energy increases with progress of crystallization. Furthermore, the average activation energy calculated based on the Kissinger model was 664 kJ/mol, which is larger than many other metallic glasses, and confirms a high thermal stability of this alloy. It was shown that the JMA model cannot be used for analysis of the crystallization behavior of the present alloy and due to a complex and autocatalytic nature of crystallization, the SB model gives more liable results for investigation of crystallization kinetics.
    Keywords: Metallic glass, Melt spinning, Crystallization kinetics, Autocatalytic behavior