فهرست مطالب

مواد و فناوری های پیشرفته - سال هشتم شماره 2 (تابستان 1398)

مجله مواد و فناوری های پیشرفته
سال هشتم شماره 2 (تابستان 1398)

  • تاریخ انتشار: 1398/06/30
  • تعداد عناوین: 8
|
  • محمد جزیره پور*، محمدحسین شمس صفحات 1-8
    ترکیبات هگزافریت باریم جانشانی شده با کاتیون های مختلف یکی از انواع مواد مورد توجه برای تولید کامپوزیت های جاذب امواج مایکروویو است. در پژوهش حاضر هگزافریت باریم جانشانی شده با منیزیم و تیتانیم با فرمول شیمیاییBaFe9(Mg1.5Ti1.5)O19 جهت مطالعه مورد توجه قرار گرفته است. به منظور بررسی تاثیر اندازه ذرات بر خواص جذب مایکروویو ذرات فریت با ابعاد میکرونی (حدود سه میکرون) و نانو (کمتر از 100 نانومتر) به روش سل ژل و از طریق کنترل نسبت اجزای واکنش و دمای کلسینه تولید شدند. سپس کیفیت تشکیل فاز و مشخصات ریزساختاری پودرها به ترتیب با استفاده از XRD و SEM مورد مطالعه قرار گرفت. به منظور بررسی کیفیت جذب امواج مایکروویو در نمونه ها، کامپوزیت های هگزافریت/ رزین اکریلیک با درصدهای مختلف وزنی پودر به رزین تولید شد. با استفاده از دستگاه تحلیلگر برداری شبکه  (VNA)و با به کارگیری شیوه اندازه گیری پشت بند فلزی، منحنی های تلفات انعکاسی (RL) کامپوزیت ها به عنوان معیاری از قابلیت جذب مایکروویو در باندهای فرکانسی X و Ku اندازه گیری شد. با بررسی نتایج پژوهش حاضر مشخص شد بر اساس منحنی های RL کامپوزیت های هگزافریت/ رزین اکریلیک حاوی ذرات نانومتری نسبت به نوع حاوی ذرات میکرونی در محدوده فرکانسی باندهای X و Ku خواص جذب مایکروویو بهتری دارند. نتایج این بررسی می تواند در ارتقای عملکرد و طراحی بهینه کامپوزیت های جاذب امواج مایکروویو مفید واقع شود.
    کلیدواژگان: هگزافریت باریم، سل ژل، جذب مایکروویو، جانشانی
  • آرش خاکزاد شاهاندشتی، محمدرضا رحیمی پور*، کوروش شیروانی، منصور رضوی صفحات 9-21
    در این پژوهش به بررسی جوش پذیری سوپرآلیاژ پایه نیکل رسوب سخت شونده Zhs6u از طریق مطالعه میزان ترک ها و تغییرات ریزساختاری در فلز جوش و منطقه HAZ پرداخته شد. هدف این پروژه دست یابی به پارامترهای بهینه جوشکاری تعمیری پرتو الکترونی و بررسی تاثیر مقادیر مختلف حرارت ورودی بر ریزساختار و خواص فلز جوش است. لذا تمامی نمونه ها پس از عملیات حرارتی پیش از جوشکاری با سیکل بهینه با مقادیر متفاوت جریان و سرعت های مختلف، تحت ولتاژ ثابت جوشکاری شدند. نتایج مشاهدات ریزساختاری نشان داد که افزایش حرارت ورودی در جوشکاری تعمیری سوپرآلیاژ Zhs6u منجر به افزایش حساسیت به ترک های انجمادی در منطقه جوش خواهد شد. هم چنین مشاهدات ریزساختاری در نمونه های جوشکاری شده با حرارت های ورودی متفاوت نشان داد که منطقه جوش مشابه بخش پایه از فاز زمینه شامل فاز  و رسوبات ، فاز یوتکتیک  و فاز کاربید با مورفولوژی حروف چینی تشکیل شده است که مورفولوژی این فازها در جوش با زمینه متفاوت است اما از نظر ترکیب شیمیایی و نوع فاز، مشابه فلز پایه می باشد.
    کلیدواژگان: جوشکاری تعمیری EBW، سوپرآلیاژ پایه نیکل Zhs6u، حرارت ورودی، ترک ناشی از گدازش، ترک انجمادی
  • نیما زاغیان، بهروز شایق بروجنی* صفحات 23-32
    در این پژوهش، مقاومت به خوردگی لایه های نانوبلوری نیکل ایجاد شده به روش عملیات مکانیکی تدریجی سطحی(SMAT) در محلول 10% هیدروکسید سدیم مورد بررسی قرار گرفت. برای مشخصه یابی لایه های نانوبلوری نیکل ایجاد شده از آزمون های پراش پرتو  X (XRD)، میکروسکوپی الکترونی روبشی گسیل میدانی(FE-SEM)، میکروسکوپی نوری و آزمون زبری سنجی استفاده شد.. الگوهای XRD نشان دادند با گذشت زمان از شدت قله ها کاسته و قله ها پهن تر شدند اما بعد از 60 دقیقه شدت افزایش یافت. لایه های نانوبلوری نیکل ایجاد شده به روش SMAT، در همه زمان ها مقاومت به خوردگی بیشتری نسبت به نمونه بالک داشتند.
    کلیدواژگان: لایه های نانوبلوری نیکل، محلول قلیایی، خوردگی، عملیات مکانیکی سطحی تدریجی
  • پیام رئیسی گوجانی*، مصطفی علیزاده، بهروز شایق بروجنی صفحات 33-41
    پژوهش حاضر به بررسی تاثیر کرنش بر خواص مکانیکی و مقاومت به خوردگی الکتروشیمیایی آلیاژ آلومینیوم 2024 و مقایسه ی آن با پیرسازی معمولی T6 در فرایند عملیات حرارتی پیرسازی ترمومکانیکی دو مرحله ای پرداخته شده است. برای انجام این پژوهش نمونه هایی از این آلیاژ در حین پیرسازی معمولی تحت درصد های مختلف کرنش در دمای محیط قرار گرفت و پس از آن عملیات پیرسازی کامل گردید. چهار کرنش 10%، 30%، 50% و 65% توسط دستگاه نورد بر نمونه ها اعمال گردید. نتایج حاصل از آزمایش کشش با نرخ کرنش پایین، منحنی های پلاریزاسیون پتانسیودینامیک و میکروسکوپی نوری نشان می دهد، نمونه ی با 50% کرنش در حالت بهینه ی ریزساختار، استحکام و مقاومت به خوردگی قرار دارد. این امر به دلیل توزیع ریز و یکنواخت رسوب ها است که باعث افزایش 27% در استحکام تسلیم، 10% در استحکام کششی و 83% در مقاومت به خوردگی، نسبت به عملیات حرارتی T6 شده است. بنابراین اعمال کرنش 50%، در عملیات حرارتی پیرسازی ترمومکانیکی دو مرحله ای فوق، می تواند منجر به افزایش مقاومت به خوردگی با حفظ استحکام بالا شود.
    کلیدواژگان: پیرسازی ترمومکانیکی، خوردگی الکتروشیمیایی، پلاریزاسیون، آلیاژ آلومینیوم 2024
  • بهزاد عبدی، مازیار آزادبه، احد محمدزاده* صفحات 43-52
    در این پژوهش پودر پیش آلیاژی نانوبلورین Cu-20Zn-10Al با استفاده از روش آلیاژسازی مکانیکی از پودرهای عنصری تولید و با استفاده از فرآیند تف جوشی فاز مایع، قطعات نانوساختار تولید شد. پارامترهایی نظیر زمان آسیاکاری و عامل کنترل کننده فرآیند جهت تعیین شرایط بهینه آلیاژسازی مورد مطالعه قرار گرفت. پودرهای آسیاکاری شده با استفاده از آنالیز تفرق اشعه ایکس، میکروسکوپ الکترونی روبشی، آنالیز اندازه ذرات با روش لیزر و آنالیز حرارتی    هم زمان مورد بررسی قرار گرفتند. سپس پودرهای آسیاکاری شده در زمان های مختلف در فشار 600 مگاپاسگال فشرده شده و براساس پنجره دمایی تف جوشی حاصل از آنالیز حرارتی، در دماهای مختلف در بازه 760 تا 790 درجه سانتی گراد تف جوشی شدند. بعد از تف جوشی مشخصه های ریزساختاری، قابلیت فشردن، چگالش، ریزسختی سنجی و تفرق اشعه ایکس نمونه ها بررسی شد. نتایج نشان می دهد که محلول جامد فوق اشباع همگن Cu-Zn-Al از پودر آسیاکاری شده با اندازه بلورک 4/2 نانومتر و بیشینه چگالش بعد از تف جوشی نمونه آسیاکاری شده به مدت 56 ساعت و در دمای C775° به دست می آید.
    کلیدواژگان: آلیاژسازی مکانیکی، پودر پیش آلیاژی، نانوبلورک Cu-20Zn-10Al، تف جوشی فاز مایع
  • سمیه غفاری، تورج عبادزاده*، مسعود علیزاده، کیوان اسدیان صفحات 53-59
    در این پژوهش زینتر تف جوشی سرامیک Li2TiO3 به دو روش معمولی و مایکروویو انجام شد. بیشینه چگالی g/cm3 08/3 (58/90 درصد چگالی تئوری) به روش زینتر تف جوشی معمولی در دمای C1200 و با زمان نگه داری 3سه ساعت به دست آمد در حالی که بیشینه چگالی g/cm3 12/3 (76/91 درصد چگالی تئوری) به روش زینتر تف جوشی مایکروویو در دمای C1300 و بدون زمان نگه داری به دست آمد. بررسی رفتار حرارتی به روش DTA-TG، بررسی فازی نمونه ها به روش XRD، و بررسی ریزساختاری نمونه ها به روش FE-SEM انجام گرفت. هم چنین خواص مایکروویو دی الکتریک نمونه های زینتر تف جوشی شده اندازه گیری شدند. نتایج XRD نشان می دهد که پیک (002) که در 2θ=18.46 ظاهر می شود، و مربوط به منظم شدن لایه های کاتیونی در ساختار و تشکیل ابر شبکه است، در زینتر تف جوشی مایکروویو از شدت بیشتری برخوردار است. مشاهدات ریزساختاری با SEM نشان می دهد که قطعات زینتر تف جوشی شده در کوره مایکروویو نسبت به نمونه مشابه در کوره معمولی ریزدانه تر هستند. بیشینه خواص مایکروویو دی الکتریک پس از زینتر تف جوشی در کوره معمولی در دمای C1200 حاصل  شده و برابر با εr= 20.29 و Q×f = 26191 GHz به دست آمد و این در حالی است که بیشینه خواص مایکروویو دی الکتریک پس از زینتر تف جوشی در کوره مایکروویو در دمای C1300 و برابر با εr= 20.86 و Q×f = 25610 GHz به دست آمد.
    کلیدواژگان: تف جوشی مایکروویو، Li2TiO3، خواص مایکروویو دی الکتریک، ریزساختار
  • علی شانقی، زهرا احمدیان، علیرضا سوری* صفحات 61-69
    آلیاژ نایتینول (NiTi) به دلیل در بر بر داشتن خواصی همانند انعطاف انعطاف پذیری فوق فوق العاده با کرنش زیاد قابل بازگشت، اثر حافظه حافظه داری ، ویژگی های میرایی بالا، مقاومت خوردگی و زیست زیست سازگاری خوب، دارای کاربرد وسیعی در ساخت قطعات پزشکی و بایو مواد، همانند استنت ها، ایمپلنت های ارتوپدی و ابزارهای جراحی است. اما یکی از مهم ترین مشکلات آلیاژ نایتینول، آزاد شدن یون های نیکل ناشی از تخریب سطح نمونه است، که این یون می تواند به عنوان بازدارنده در فرایندهای آنزیمی موثر در سنتز پروتئین و تکثیر سلول دخالت نماید. اعمال پوشش و کاشت یونی از مهم ترین روش ها جهت بهبود سطحی و رفتار زیستی آلیاژ NiTi است. در این تحقیق بهبود سطحی از طریق کربن دهی به وسیله فرایند کاشت یونی پلاسمایی (CPIII) بر روی سطح آلیاژ NiTi صورت گرفته و سپس رفتار نانومکانیکی پوشش بوسیلهتوسط میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) و روش های نانودندانه گذاری و نانو نانو خراش و رفتار خوردگی به وسیله آزمون پلاریزاسیون در محلول 5/0 مولار نمک طعام مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج بیانگر سطح کاملا همگن، یکنواخت و عاری از نواقص سطحی با عمق کاشت یونی کربن در حدود 50 نانومتر همراه با کاهش میانگین زبری سطحی از 34 به 25 نانومتر است. فرایند کاشت یونی منجر به افزایش سختی و مدول الاستیک به ترتیب 7/80 و 8/21 درصد، کاهش ضریب اصطکاک متوسط از 21/0 به 16/0 و باعث غالب بودن مکانیزم سازوکار سایش برشی همراه با افزایش 85 درصدی بازده مقاومت به خوردگی گردیده است.
    کلیدواژگان: کربن دهی، کاشت یونی پلاسمایی، NiTi، خواص نانومکانیکی
  • ابوالقاسم نورمحمدی* صفحات 71-79
    در پژوهش حاضر لایه های نازک نانوساختار زیرکونات تیتانات سرب  (PZT)به روش سل- ژل با استفاده از پیش مواد کلریدی و یک الکل چندعاملی سنتز گردیدند. پروپیلن گلایکل هم به عنوان عامل چنگاله کننده[1] و هم به عنوان حلال در تهیه سل PZT و به منظور تولید لایه های نازک با کیفیت PZT به کار گرفته شد. پس از تهیه زیرلایه، لایه های PZT به روش چرخشی بر زیرلایه Au/SiO2 انباشت شدند و هر لایه پس از خشک شدن در دمای C°450 پیرولیز گردید. پخت لایه نازک نهایی نیز در دمای  ºC575 انجام شد. مشاهده شد که روش حاضر دارای مزیت های متعددی است: مواد اولیه در این روش ارزان قیمت است، برخلاف روش متداول آلکوکساید، سل PZT به دست آمده از این روش پایداری بسیار زیادی داشته و علی رغم گذشت چندین سال از زمان تولید همچنان پایدار است و مطالعه رفتار حرارتی ژل  PZTتولید شده با DTA/TGA نشان می دهد که دمای تشکیل فاز پروسکایت PZT در محدوه 450 تا ºC575 است، در حالی که در روش متداول آلکوکساید ºC650 و بالاتر است. بررسی های پراش اشعه ایکس (XRD) تشکیل ساختار پروسکایت PZT در دمایºC 575 را تایید کرد. از تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و میکروسکوپ نوری نیز برای بررسی کیفیت سطح لایه ها استفاده شد که حصول لایه های نانوساختار یکنواخت را نشان دادند. برای تایید مجدد ترکیب، آنالیز EDS به همراه SEM صورت گرفت که تایید کننده حضور عناصر تشکیل دهنده ترکیب PZT می باشد.
    کلیدواژگان: فروالکتریک ها، لایه های نازک، سنتز سل ژل، PZT، الکل های چند عاملی
|
  • Mohammad Jazirehpour *, Mohammad Hossein Shams Pages 1-8
    Barium hexaferrite compositions with different cation substitutions are known as one of the most studied materials to produce microwave absorbing composites. In the present research (Mg,Ti) substituted barium hexaferrite with chemical formula of BaFe9(Mg1.5Ti1.5)O19 have been studied. In order to investigate the effect of particle size and powder percent, micron-size (about 3μm) and nano-size (below 100nm) were synthesized via a modified sol-gel method by controlling the ingredients ratio and calcination temperature. Chemical phase formation and morphological studies were performed by XRD and SEM, respectively. In order to investigate the microwave absorption quality of the samples, ferrite/acrylic resin composites with different powder weight percents were produced. As a criterion of the microwave absorption capability, the reflection loss (RL) plots were measured at X and Ku band by the Vector Network Analyzer system and metal back method. It was found that nano-size particles have better microwave absorption efficiency and the results of the investigation may be used to enhance the design of microwave absorbing composites and their absorption performance.
    Keywords: Barium Hexaferrite, Sol-Gel, Microwave absorption, substitution
  • Arash Khakzadshahandashti, Mohammad Reza Rahimipour *, Kourosh Shirvani, Mansour Razavi Pages 9-21
    In this research, susceptibility of the formation of liquation and solidification cracks during the electron beam welding of the Zhs6u superalloy was investigated. The aim of this research is obtaining of the desirable parameters of the electron beam welding for the repair process and investigation of the effect of different values of heat input on properties and microstructure of HAZ and weld area. After the pre-weld heat treatment cycle, all test samples were welded by different values of current and welding speed and by the constant value of voltage. Microstructural investigations revealed the detrimental effect of the increase in the heat input on the susceptibility of the formation of the solidification cracks in the weld region of the samples. The microstructure of the weld region was consisted of the matrix phase including and phase, eutectic phase and the carbide phase with Chinese scripts morphology. Chemical composition of these phases was similar to the chemical composition of the equivalent phases in the base material, but the morphology of the phases was completely different.
    Keywords: EBW repair welding, Zhs6u superalloy, heat input, liquation cracks, Solidification cracks
  • Nima Zaghian, Behrooz Shayegh Boroujeny * Pages 23-32
    In this study, the corrosion resistance of Nickel nanocrystalline layers induced by Surface Mechanical Attrition Treatment (SMAT) in 10% NaOH was investigated. Nickel nanocrystalline layers were studied by X-ray Diffraction (XRD), Field Emission Scanning Electron Microscopy (FE-SEM), Optical Microscopy and roughness test. XRD patterns showed that the peaks intensities were found to decrease due to peak broadening by increasing the treatment time. However, after 60 min, the intensity of the peaks was increased. Nickel nanocrystalline layers induced by SMAT showed better corrosion resistance than that of bulk Ni in all treatment times.
    Keywords: Nickel nanocrystalline layers, Alkaline Solution, corrosion, SMAT
  • Payam Raiesi Goojani *, Mostafa Alizadeh, Behrooz Shayegh Boroujeny Pages 33-41
    In this study, the effect of strainin thermomechanical two-step aging heat treatment on mechanical properties and electrochemical corrosion resistance of Al-2024 alloy has been investigated. These results were compared with normal aging T6. For this research, samples of Al-2024 alloys were placed at ambient temperature during normal aging under different percentages of strain, and then aging treatment was completed. Four strains of 10%, 30%, 50% and 65% were applied on the samples by rolling machine. The results of tensile test with low strain rate, potentiodynamic polarization curves and optical microscopy indicated that the sample with 50% strain offered optimum combination of microstructure, mechanical strength and corrosion resistance. This is due to the fine and uniform distribution of precipitates that cause increasing of yield strength, tensile strength and corrosion resistance by 27%, 10%, and 83%, respectively, in comparison with T6 heat treated[MP2D1] . Therefore applying strain of 50%, can increase the corrosion resistance with maintaining high strength in two-step aging and thermomechanical heat treatments.
    Keywords: Aging Thermomechanical, Electrochemical Corrosion, polarization, Aluminum 2024 alloy
  • Behzad Abdi, Maziyar Azadbeh, Ahad Mohammadzadeh * Pages 43-52
    In this study, a nanocrystallite Cu-20Zn-10Al prealloyed powder was produced by mechanical alloying method from elemental powders and nanostructured samples prepared via liquid phase sintering process. The different milling times and process control agents were considered as milling parameters to determine of optimum conditions. The milled powder was investigated by means of X-ray diffraction measurements, scanning electron microscopy, particle size analysis by means of laser technique and simultaneous thermal analysis. Then the milled powder at various milling times was cold compacted at 600 MPa and sintered at different temperatures ranging from 760 to 790 °C according to liquid phase temperature measuring by diffraction thermal analysis. Microstructural characterization, compaction and densification, micro-hardness measurement and X-ray diffraction measurements were conducted from consolidated samples at different sintering temperature and milling times. The results show that a Cu-Zn-Al homogenous supersaturated solid solution with a crystallite size of 2.4 nm (by Stearic acid as PCA) was obtained after 56 h of milling time. Furthermore, the maximum densification occurred at 775 °C with a milling time of 56 h.
    Keywords: mechanical alloying, Prealloyed Powder, Nanocrystalline Cu-20Zn-10Al, Liquid phase sintering
  • Somaye Ghaffari, Touradj Ebadzadeh *, Masoud Alizadeh, Keivan Asadian Pages 53-59
    In this research, Li2TiO3 ceramic was sintered via heating procedures of conventional and microwave sintering. The maximum density of 3.08 g/cm3 at 1200˚C with 3 h holding time and 3.12 g/cm3 at 1300˚C without any holding time was achieved through conventional and microwave sintering, respectively. The thermal behavior was investigated using DTA-TG, phase analysis was performed by XRD technique, and microstructures were observed by FE-SEM. Also microwave measurements were performed using Network Analyser. XRD investigations showed a higher intensity of (002) peak located at 2θ=18.46˚ in microwave sintered part attributed to higher degree of cation ordering and superlattice formation. Microstructural investigations by SEM revealed the finer microstructures of microwave rather than conventionally sintered parts. The maximum microwave characteristics were measured εr= 20.29 and Q×f = 26191 GHz for parts sintered in a conventional furnace at 1200˚C and εr= 20.86 and Q×f = 25610 GHz for parts sintered in microwave at 1300˚C.
    Keywords: Microwave sintering, Li2TiO3, microwave dielectric properties, Microstructure
  • Ali Shanaghi, Zahra Ahmadian, Ali Reza Souri * Pages 61-69
    Due to ultra-high flexural flexibility, shape memory effect, high damping properties, corrosion resistance and good biocompatibility, the nitinol alloys (NiTi) are widely used in the manufacture of medical and biocompatible materials, such as stent, orthopedic implants and surgical instruments. But one of the most important problems of NiTi alloy is the release of nickel ions due to the destruction of the surface, which these ions can interfere with the enzymatic processes involved in protein synthesis and cell proliferation. The applied coating and ion implantation is one of the most important methods for improving the surface and behavior of the NiTi alloy. In this study, surface of NiTi alloy was modified by carbon plasma immersion ion implantations (CPIII). Then nanomechanical properties of coating were surveyed by atomic force microscopy (AFM) with nano-indentation, nano-scratch methods, and also corrosion behavior was investigated by polarization test in 0.5 M NaCl solution. The results indicate a completely homogeneous, uniform and free surface imperfection with a carbon ion implantation depth of about 50 nm, and decreased average surface roughness from 34to 25 nm. The ion implantation process resulted in increasing the hardness and elastic modulus of 80.7% and 21.8%, respectively, and reducing the average friction coefficient from 0.21 to 0.16, and also making dominant the shear wearing mechanism, with a 85% increase in corrosion resistance efficiency.
    Keywords: Carbonizing, Plasma immersion ion implantation, NiTi alloy, Nano-mechanical properties
  • Abolghasem Nourmohammadi * Pages 71-79
    Here, nanostructured lead zirconate titanate (PZT) thin films were deposited on Au/SiO2 substrates through the polyol-based sol-gel process using chloride precursors and a dihydric alcohol. Propylene glycol was used as both the chelating agent and the solvent to prepare high-quality PZT thin films. Our polyol-based method exhibited several advantages: The process is cost-effective because of the low cost of the precursors, also, unlike the conventional alkoxide-based method, the prepared PZT sols were stable for several years, and the perovskite PZT phase could form at low temperature, within 450 -575°C, according to DTA/TG results. Thus, once the substrate was prepared, PZT layers were deposited by spin coating the sol, followed by ambient drying and pyrolysis at 450°C. The final PZT thin films were annealed at 575°C. X-ray diffraction (XRD) analysis confirmed crystallization of the PZT perovskite structure at 575°C in the annealed nanostructured films. Both optical and SEM images showed that PZT films are uniform and crack free. The EDS analysis confirmed that the films consist of the PZT components.
    Keywords: Ferroelectrics, Thin films, Sol-gel preparation, PZT, Polyols