فهرست مطالب

مواد پیشرفته در مهندسی - سال سی و هشتم شماره 3 (پاییز 1398)
  • سال سی و هشتم شماره 3 (پاییز 1398)
  • تاریخ انتشار: 1398/09/10
  • تعداد عناوین: 8
|
  • هادی ابراهیمی فر*، مرتضی زند رحیمی، فاطمه اخلاص پور صفحات 1-13

    یکی از موثرترین راه ها برای بهبود مقاومت به اکسیداسیون اتصال دهنده های مورد استفاده در پیل های سوختی اکسید جامد، اعمال یک لایه پوشش رسانای محافظ است. در این پژوهش، فولاد فریتیCrofer 22APU در یک مخلوط پودر پایه تیتانیوم به روش سمانتاسیون فشرده پوشش داده شد. ترکیب پودر برای پوشش دهی تیتانیوم به صورت20 درصد وزنی Ti، 5 درصد وزنی NH4Cl به عنوان فعال کننده و 75 درصد وزنی Al2O3 بود. بهینه دما و زمان برای دست یابی به بهترین کیفیت پوشش از لحاظ چسبندگی و عدم تخلخل 800 درجه سانتی گراد به مدت زمان هفت ساعت بود. پوشش تیتانایز حاصل شامل فاز های TiFe، TiFe2 و TiCr2 بود. نتایج مربوط به آزمون های اکسیداسیون همدما و اکسیداسیون سیکلی در دمای 900 درجه سانتی گراد، نشان داد که نمونه های پوشش داده شده با تیتانیوم مقاومت به اکسیداسیون بهتری نسبت به نمونه های بدون پوشش دارند. مطالعات ساختاری و فازی نمونه های پوشش دار و اکسید شده با میکروسکوپ الکترونی روبشی و آزمون پراش پرتو ایکس انجام شد. در طول فرایند اکسیداسیون، پوشش به فازهای TiFe، TiFe2، TiFe2O5، TiO2 و TiCr2O4 تبدیل شده است. افزایش وزن نمونه های پوشش دار نسبت به نمونه های بدون پوشش کمتر بود که نشان می دهد پوشش به طور موثری زیرلایه را در برابر اکسیداسیون حفظ می کند. همچنین، مقاومت الکتریکی نمونه های پوشش دار از نمونه های بدون پوشش بالاتر بود.

    کلیدواژگان: اکسیداسیون، تیتانیوم، فولاد ضدزنگCrofer 22APU، پیل سوختی اکسید جامد
  • مجید طهرانی*، هوشنگ نصرتی، علی لرک صفحات 15-27

    کاربردهای عملی کامپوزیت های پلیمری تقویت شده با پارچه به دلیل حساس بودن آنها به تورق ناشی از بارگذاری ضربه ای، محدود است. یک راه حل برای این مشکل، هیبرید کردن کامپوزیت های پلیمری است. در این پژوهش، تاثیر نوع الیاف تقویت کننده، نحوه هیبرید کردن، نحوه چینش لایه ها و نرخ بارگذاری بر رفتار تورق در نوع اول کامپوزیت های بازالت خالص، نایلون خالص و هیبرید (بازالت/ نایلون) بین لایه ای و درون لایه ای بررسی شده است. کامپوزیت ها به روش لایه گذاری دستی (چهار لایه برای هر نمونه) و با استفاده از پارچه های بازالت/نایلون و رزین اپوکسی تولید شدند. طول ترک در حال رشد در نمونه های کامپوزیتی با آزمون نوع اول تورق اندازه گیری شد. مقدار چقرمگی شکست بین لایه ای نمونه ها بر مبنای تئوری اصلاح شده باریکه تیر یک سر گیردار دو لبه اندازه گیری و پس از تحلیل آماری با هم مقایسه شد. چقرمگی شکست بحرانی کامپوزیت های هیبرید درون لایه ای 30 تا 80 درصد نسبت به نمونه های خالص بهبود یافت. همچنین با افزایش نرخ بارگذاری نیروی شروع تورق به مقدار قابل توجهی کاهش یافت.

    کلیدواژگان: تورق - چقرمگی شکست - هیبرید بین لایه ای- هیبرید درون لایه ای - بازالت - نایلون
  • فاطمه محمدی بداغ آبادی، محمدرضا لقمان استرکی*، مظاهر رمضانی، امیر الحاجی صفحات 29-39

    در این پژوهش، سنتز نانوذرات لیتیوم فلورید (LiF) به روش سل - ژل فلوئورولیتی مورد مطالعه قرار گرفته است. همچنین، اثر نسبت مولی یون های لیتیوم به منبع فلوئور و دمای کلسیناسیون بر اندازه و ریخت نانوذرات LiF مورد بررسی قرار گرفت. از لیتیوم استات (C2H3LiO2)، تری فلوئور استیک اسید (TFA)، اتیلن گلیکول مونوبوتیل اتر و اولئیک اسید به ترتیب به عنوان منابع یون های لیتیوم و فلوئور، حلال و مهارکننده رشد استفاده شد. از آنالیزهای حرارتی، پراش پرتو ایکس (XRD) و تصاویر میکروسکوپی الکترونی روبشی گسیل میدانی (FESEM) به ترتیب برای بررسی رفتار حرارتی ژل اولیه و تعیین فاز و ریخت نمونه ها استفاده شد. نتایج نشان داد نسبت مولی دو به یک Li+/TFA و دمای 400 درجه سانتی گراد، نانوذرات LiF با میانگین اندازه ذرات 100-80 نانومتر به دست می دهد.

    کلیدواژگان: نانوذرات، لیتیوم فلورید، سل - ژل، دمای کلسیناسیون
  • نازنین علیرضایی ورنوسفادرانی، سید ابراهیم موسوی قهفرخی*، مرتضی زرگر شوشتری صفحات 41-55

    در این پژوهش، نانوساختارهای هگزافریت نوع W با فرمول SrCo2Fe16O27 به روش سل- ژل خود احتراقی تهیه شدند. تاثیر دمای پخت بر خواص ساختاری، مغناطیسی و اپتیکی این نانوساختارها، بررسی شد. ریخت شناسی و ساختار بلوری نمونه ها با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی و پراش پرتوی ایکس مشخصه یابی شد. براساس نتایج حاصل از الگوهای پراش پرتو ایکس، مشاهده شد که در دمای پخت 1000 درجه سانتی گراد بیشترین میزان فاز اصلی تشکیل شده است. بررسی تصاویر میکروسکوپی الکترونی روبشی نشان داد که ریخت شناسی نمونه های ساخته شده، صفحه ای است. برای تایید تشکیل فاز اصلی از آزمون مادون قرمز تبدیل فوریه استفاده شد. نتایج آنالیز مادون قرمز تبدیل فوریه تشکیل جایگاه های چهار وجهی و هشت وجهی به عنوان ویژگی مهم هگزافریت ها را تایید کرد. خواص مغناطیسی نمونه ها توسط مغناطیس سنج نمونه ارتعاشی اندازه گیری شد و نشان داد که با افزایش دما، مغناطیس اشباع (Ms) افزایش می یابد. همچنین خواص اپتیکی نمونه ها توسط آزمایش طیف سنجی جذب مرئی- فرابنفش و طیف سنجی فوتولومینسانس مورد بررسی قرار گرفتند. طبق نتایج حاصل از هر دو طیف، اندازه شکاف انرژی تقریبا یکسان بوده و با افزایش دما تقریبا ثابت است.

    کلیدواژگان: هگزافریت نوع W، سل- ژل خود احتراقی، دمای پخت، خواص ساختاری، خواص مغناطیسی، خواص اپتیکی
  • محمدحسین موسی زاده میبدی، رضا وفایی، احسان محمدشریفی*، خسرو فرمنش صفحات 57-71

    در این پژوهش، به منظور مشخصه یابی رفتار تغییر شکل یک فولاد ضدزنگ آستنیتی AISI 321 حین فرایند پیلگر، شبیه سازی المان محدود انجام شد و نتایج آن با مقادیر تجربی مورد مقایسه قرار گرفت. تاثیر پارامترهای فرایند، شامل نرخ تغذیه (چهار و هشت میلی متر) و زاویه چرخش (15، 30 و 60 درجه) در مقدار آسیب ایجاد شده نیز ارزیابی شد. به منظور شبیه سازی رفتار سیلان ماده از مدل جانسون-کوک استفاده شد. در ادامه با درنظر گرفتن تنش های فشاری زیربرنامه بهبود یافته ای از مدل آسیب لاتام-کاککرافت محاسبه و برای تعیین پارامترهای بهینه فرایند مورد استفاده قرار گرفت. نتایج نشان داد که کرنش های شعاعی و محیطی در تمامی شرایط فشاری و کرنش محوری کششی است. مقدار کرنش ایجاد شده (صرف نظر از حالت فشاری یا کششی آن) نیز در سطح خارجی لوله در مقایسه با سطح داخلی بیشتر است. با درنظر گرفتن تعداد سیکل های خستگی یک المان لوله حین فرایند، نرخ تغذیه هشت میلی متر، زاویه چرخش 60 درجه و کمترین ضریب اصطکاک به عنوان پارامترهای بهینه تعیین شدند.

    کلیدواژگان: فرایند پیلگر، شبیه سازی المان محدود، فولاد زنگ نزن 321، آنالیز تخریب
  • فرزاد سلیمانی*، رحمت الله عمادی صفحات 73-85

    در این پژوهش، به منظور بهبود نرخ خوردگی آلیاژ AZ91 در محلول شبیه ساز بدن در مدت زمان های غوطه وری طولانی، کنترل تخریب پذیری و افزایش زیست فعالی آن، پوشش کامپوزیتی پلی کاپرولاکتون-کیتوسان- یک درصد بغدادیت روی AZ91 آندایز شده اعمال شد. پس از اعمال پوشش کامپوزیتی و هفت روز غوطه وری در محلول بافرفسفات، سرعت خوردگی از 21/0 میلی گرم بر ساعت بر سانتی متر مربع (برای نمونهAZ91) به 1/0 میلی گرم بر ساعت بر سانتی متر مربع (برای نمونهAZ91 آندایز شده) کاهش پیدا کرد. تشکیل لایه آپاتیت روی سطح نمونه ها به عنوان معیاری از زیست فعالی درنظر گرفته می شود. به منظور ارزیابی توانایی تشکیل آپاتیت روی نمونه ها، از آزمون مایع شبیه ساز بدن (SBF) استفاده شد. اعمال پوشش کامپوزیتی بالاترین قابلیت تشکیل آپاتیت، رهایش کنترل شده یون ها و کمترین نرخ خوردگی در SBF را به دست داد به گونه ای که می تواند انتخاب مناسبی برای ایمپلنت های استخوانی باشد.

    کلیدواژگان: بغدادیت، پلی کاپرولاکتون، کیتوسان، زیست فعالی، خوردگی
  • نرگس صفری*، محمدرضا طرقی نژاد، مهشید خرازیها، وحیده سعیدی صفحات 87-99

    هدف از انجام این پژوهش، ساخت آلیاژهای Mg-Al-Cu حاوی مقادیر مختلف مس (0، 25/0، 5/0 و 1 درصد وزنی) به کمک روش تف جوشی جرقه ای و ارزیابی نرخ تخریب و خواص بیولوژیکی آنها است. نتایج نشان داد که با افزودن 25/0 درصد مس نرخ تخریب از 039/0 سانتی متر بر ساعت در منیزیم خالص به 0058/0 سانتی متر بر ساعت کاهش یافت. به علاوه درصد زیست پذیری سلول های MG63 در تماس با آلیاژ Mg-1Al-0.25Cu به طور قابل توجهی بالاتر (25/1 برابر) از آن در تماس با منیزیم خالص بود که به دلیل نرخ مناسب رهایش یون عناصر بود. همچنین، آلیاژ Mg-1Al-0.25Cu مس رفتار ضدباکتریایی قابل توجهی از خود نشان داد. بنابراین آلیاژ Mg-1Al-0.25Cu با نرخ تخریب مناسب، زیست سازگاری مطلوب و خواص ضدباکتریایی می تواند به عنوان کاشتنی ارتوپدی زیست تخریب پذیر معرفی شود.

    کلیدواژگان: آلیاژهای منیزیم، نرخ تخریب، سمیت سلولی، خواص آنتی باکتریال
  • محمد امامی*، شیگه ناری هایاشی صفحات 101-113

    سطح خارجی لوله های مبدل حرارتی که در محیط زباله (زیست توده) سوزی با بستر سیال به کار می روند، در معرض آسیب شدید خوردگی فرسایشی دمابالا قرار دارد. به منظور ارزیابی رفتار و افزایش طول عمر لوله ها، شرایط واقعی صنعتی باید در محیط آزمایشگاه شبیه سازی شود. در این تحقیق، دستگاهی با بستری سیال از ماسه داغ طراحی و ساخته شد تا آلیاژ پایه نیکل SFNi4 را مورد خوردگی فرسایشی دمابالا قرار دهد. به منظور تشدید شرایط خورنده، ماسه سیلیسی با مقادیر 0، 5/0 و 1 درصد وزنی از مخلوط نمک های NaCl و KCl با نسبت مولی یک به یک آغشته شد. تغییر شرایط سایشی محیط، با استفاده از نرخ جریان هوای 20 و 25 لیتر بر دقیقه و زاویه برخورد ذرات به نمونه ها از 45 تا 90 درجه حاصل شد. نرخ زدایش ماده با اندازه گیری ضخامت هر نمونه پیش و پس از آزمون به دست آمد. پس از هر آزمون، سطح و مقطع عرضی نمونه ها با میکروسکوپ الکترونی روبشی و طیف سنجی پراش انرژی پرتو ایکس بررسی شد. در پایان پارامترهای بهینه خوردگی فرسایشی در شرایط واقعی صنعتی به دست آمد.

    کلیدواژگان: خوردگی فرسایشی دما بالا، مبدل حرارتی، احتراق با بستر سیال
|
  • H. Ebrahimifar*, M. Zandrahimi, F. Ekhlaspour Pages 1-13

    One of the most effective ways to improve oxidation resistance of interconnects used in solid oxide fuel cells (SOFCs) is to apply a layer of conductive protective coating. In this study, Crofer 22APU ferritic steel was coated in a titanium- based powder mixture by pack cementation method. The powder composition for titanium coating was Ti 20 wt.%, NH4Cl 5 wt.% (activator) and Al2O3 75 wt.%. The optimum temperature and time to obtain the best coating quality in terms of adhesion and porosity were 800 °C and 7 hours, respectivly. The obtained titanized coating consisted of TiFe, TiFe2 and TiCr2 phases. The results of isothermal and cyclic oxidation tests carried out at 900 °C, showed that titanium-coated samples had better oxidation resistance than non-coated samples. Microstructural and phase studies of coated and oxidized samples were performed by scanning electron macroscopy (SEM) and X-ray diffraction analysis (XRD). During oxidation process, the coating layer was converted into TiFe, TiFe2, TiFe2O5, TiO2 and TiCr2O4 phases. The coated specimens had lower weight gains relative to uncoated samples showing that coating effectively protects the substrate against oxidation. Moreover, coated samples had higher electrical resistance than uncoated ones.

    Keywords: Oxidation, Titanium, Crofer 22APU stainless steel, solid oxide fuel cell
  • M. Tehrani*, H. Nosraty, A. Lorak Pages 15-27

    Due to their sensitivity to impact-induced delamination, woven fabric reinforced polymer composites have limited practical applications. Hybridization of polymer composites has been proposed as a solution to this problem. In this study, the effects of fiber reinforcement type, hybridization method, plies stacking sequence and loading rate on mode I delamination behavior of pure basalt, pure nylon, inter-ply and intra-ply hybrid (basalt/nylon) composites were investigated. Composites were length during its propagation in composite samples was measured by mode I delamination test. The inter-laminar fracture toughness of composite specimens was calculated using modified double-cantilever beam theory and the results were compared by statistical methods. A 30 to 80% improvement in the critical fracture toughness of intra-ply hybrid composite compared to pure ones was recorded. Moreover, the delamination initiation load decreased significantly by increasing the loading rate.

    Keywords: Delamination, Fracture toughness, Inter-ply hybrid, Intra-ply hybrid, Basalt, Nylon
  • F. Mohammadi Bodaghabadi, M. R. Loghman Estarki*, M. Ramazani, A. Alhaji Pages 29-39

    In this research, synthesis of lithium fluoride (LiF) nanoparticles  by fluorolytic sol-gel method has been studied. Moreover, the effect of lithium ion to fluorine source molar ratio and calcination temperature on particle size and phase of LiF nanoparticles were investigated. Lithium acetate (C2H3LiO2), trifluoroacetic acid (TFA), ethylene glycol monobutyl ether and oleic acid were used as sources of Li+ and F- ions, solvent and growth inhibitor, respectively. Thermal and X-ray diffraction (XRD) analyses as well as field emission scanning electron microscopy (FESEM) were used to investigate thermal behavior of the primary gel and to determine the phase and morphology of samples, respectively. The results showed that the 2: 1 molar ratio of Li+/ TFA and the calcination temperature of 400 °C result in LiF nanoparticles with a mean particle size of 80-100 nm.

    Keywords: Nanoparticles, Lithium fluoride, Sol-gel, Calcination temprature
  • N. Alirezaei Varnosfaderani, S. E. Mousavi Ghahfarokhi*, M. Zargar Shoushtari Pages 41-55

    In this paper, W-type SrCo2Fe16O27 hexaferrite nanostructures were synthesized by sol-gel auto-combustion method. Effect of annealing temperature on the structural, magnetic and optical properties of these SrCo2Fe16O27 nanostructures was investigated. In order to determine the annealing temperature of samples, the prepared gel was examined by thermo-gravimetric and differential-thermal analyses. Morphology and crystal structure of the prepared samples were characterized by field emission scanning electron microscopy and X-ray diffraction pattern. Based on X-ray diffraction results, at annealing temperature of 1000 °C, the maximum amount of main phase formed. A planar morphology was spectroscopy for the synthesized samples through scanning electron microscope images. Fourier transform infrared analysis was used to confirm the synthesis of the main properties obtained of samples were measured by the vibrating sample magnetometer and the results showed that by increasing temperature, magnetic saturation increases. Moreover, optical properties of samples were investigated by ultraviolet–visible absorption and photoluminescence spectroscopies. The result of measurements of the energy gap approximately is same in the ultraviolet- visible and photoluminescence spectroscopes and also the energy gap is constant with increasing temperature.

    Keywords: W-type Hexaferrite, Sol-gel Auto-combustion, Annealing Temperature, Structural Properties, Magnetic Properties, Optical Properties
  • M. H. Musazadeh, R. Vafaei, E. Mohammad Sharifi*, Kh. Farmanesh Pages 57-71

    Finite element (FE) simulations in conjunction with experimental analysis were carried out to characterize the deformation behavior of an AISI 321 austenitic stainless steel (ASS) during cold pilgering process. The effect of process parameters including feed rate (4 and 8 mm) and turn angle (15, 30 and 60°) on damage build-up were also evaluated. The Johnson-cook model was used to simulate the flow behavior of material. By considering compressive stresses, a new revised Latham-Cockcraft damage was calculated and used to determine the optimum process parameters. It was found that the radial and hoop strains in all friction conditions were compressive, while the axial strains were observed to be tensile. The amount of strain (whether it is compressive or tensile strain) was also higher on the outside of the tube compared to its inside. By considering fatigue cycles of a tube element during the process, the feed rate of 8mm, turn angle of 60° and the lowest coefficient of friction were determined as optimum parameters.

    Keywords: Pilgering process, Finite element simulation, AISI 321 statinless steel, Damage analysis
  • F. Soleimani*, R. Emadi Pages 73-85

    In this study, polycaprolactone/chitosan/1% baghdadite composite coating was applied on anodized AZ91 alloy to improve the corrosion rate of AZ91 alloy in simulated body fluid (SBF) solution for long immersion times, control its degradability and enhance its bioactivity. By applying the composite coating and after seven days of immersion in a phosphate buffer solution, the corrosion rate decreased from 0.21 mg/h.cm2 (for AZ91 sample) to 0.1 mg/h.cm2 (for anodized AZ91 sample). Formation of apatite layer on the surface of specimens is considered a criterion for bioactivity. In order to evaluate the ability of specimens to get covered by an apatite, the SBF test was used. Application of the composite coating yielded the highest ability for apatite formation, controlled release of ions, and the lowest corrosion rate in the SBF so that it could be considered a good choice for bone implants.

    Keywords: Baghdadite, Poly(caprolactone), Chitosan, Bioactivity, Corrosion
  • N. Safari*, M. Toroghinejad, M. Kharaziha, V. Saeedi Pages 87-99

    The aim of this study was to fabricate the Mg-1Al-Cu alloys with various amounts of Cu content (0, 0.25, 0.5 and 1 wt.%) using spark plasma sintering (SPS) approach and evaluation of their degradation rate and biological properties. The results indicated that Cu incorporation (0.25 wt.%) significantly diminish degradation rate from 0.039 cm/h in pure Mg to 0.00584 cm/h in Mg-1Al-0.25Cu alloy. In addition, Mg-1Al-0.25Cu alloy could noticeably (1.25 times) promote viability of MG63 cells compared to pure Mg, owing to the optimized ion release. Moreover, the antibacterial activity of Mg-1Al-0.25Cu was considerable. In summary, Mg-1Al-0.25Cu alloy with appropriate degradation rate, good biocompatibility and antibacterial properties can be introduced as a biodegradable orthopedic implant.

    Keywords: Magnesium alloy, Degradation rate, Cytotoxicity, Antibacterial properties
  • M. Emami*, Sh. Hayashi Pages 101-113

    The outer surface of heat exchanger tubes that work under fluidized bed waste or biomass incineration is exposed to severe high-temperature erosion-corrosion (E-C). To evaluate the behavior and enhance the service life of the tubes, the real service conditions ought to be simulated in the laboratory. In this study a test rig with a fluidized bed of hot sand was designed and manufactured to expose nickel-based SFNi4 alloy to high-temperature E-C. In order to increase the corrosiveness of the environment, the silicon oxide sand was mixed with 0, 0.5 and 1 wt.% of a mixture of NaCl and KCl salts with 1:1 molar ratio. The erosive conditions of the environment were changed by altering air flow rate from 20 to 25 L/min and changing the sand incident angle from 45 to 90 degrees. The rate of material removal was calculated by measuring the thickness of each sample before and after the test. After each experiment, the surface and cross-section of specimens were studied using SEM and EDS analysis. Finally, the optimum E-C parameters to ensure actual industrial conditions were obtained.

    Keywords: High-temperature erosion-corrosion, heat exchanger, Fluidized bed incineration