فهرست مطالب

فرآیندهای نوین در مهندسی مواد - پیاپی 53 (تابستان 1399)

نشریه فرآیندهای نوین در مهندسی مواد
پیاپی 53 (تابستان 1399)

  • تاریخ انتشار: 1399/05/16
  • تعداد عناوین: 7
|
  • سید محسن امامی*، اسماعیل صلاحی، محمد ذاکری، سید علی طیبی فرد صفحات 1-11

    در این پژوهش از پودر نانوکامپوزیتی ZrB2-SiC-ZrC سنتز شده به روش MA-SPS که روش سنتز جدیدی برای این کامپوزیت محسوب می شود، جهت سینتر کامپوزیت ZrB2-SiC-ZrC به روش SPS استفاده شد. در این پژوهش سازکار سینترشدن یه وسیله نمودارهای مستخرج از فرایند SPS شامل نمودار جایجایی-دما-زمان، سرعت جابجایی - دما و سرعت جابجایی - زمان بررسی شد. فرایند سینتر شدن کامپوزیت در دمای C°1750 و زمان min 17 کامل شد. با استفاده از الگوی پراش اشعه X و روش ریتولد میانگین اندازه کریستالیت های فازهای ZrB2، SiC و ZrC به ترتیب 77، 62 و 56 نانومتر به دست آمد. سینتر این کامپوزیت با پودرهای سنتزی جدید موجب ساخت قطعه ای با دانسیته نسبی % 3/99، استحکام خمشی MPa 563، سختی ویکرز GPa 18 و چقرمگی شکست MPa.m1/2 9/4 شد. تصاویر FESEM از نمونه سینتر شده نیز ساختاری چگال و یکنواخت را نشان داد که سه فاز ZrB2، SiC و ZrC به خوبی به یکدیگر متصل شده و پیوستگی مناسبی دارند.

    کلیدواژگان: زیرکونیم دی بوراید (ZrB2)، کاربید سیلیسیم (SiC)، کاربید زیرکونیم (ZrC)، سینتر با جرقه پلاسما (SPS)، نانوکامپوزیت
  • احمد بیات*، امید میرزایی، حمیدرضا بهاروندی صفحات 13-26

    کاربید بور به دلیل خواصی مانند سختی بالا، مدول الاستیک بالا، چگالی پایین و غیره، بسیار مورد توجه است. با این حال کاربرد آن به علت مشکل در زینتر پذیری و چقرمگی شکست پایین، محدود است. در این تحقیق از روش پرس تک محوری با فشار MPa 140 برای فرآیند ساخت پیش فرم های متخلخل کاربید بور استفاده گردیده است. مواد اولیه مورد استفاده، پودر B4C با اندازه 43 میکرون، افزودنی کربن اکتیو به میزان 0، 5 و10 درصد وزنی و پودر رزین فنولیک به عنوان بایندر و عامل ایجاد تخلخل به میزان 9% وزنی می باشد. عملیات رخنه دهی با مذاب سیلیسیم و تولید سرامیک RBBC در کوره خلا، در دمای 1600 درجه سانتیگراد انجام شد. در طی فرآیند فلزخورانی، فاز β-SiC تشکیل شده از سیلیسیم و کربن، موجب افزایش دانسیته حجمی و خواص استحکامی نمونه ها شد. با افزایش کربن اکتیو، مقدار سیلیسیم باقی مانده از 35% حجمی به 18% حجمی کاهش یافته و در مقابل فاز کاربید سیلیسیم ثانویه از 10% حجمی به 21% حجمی افزایش یافته است. کاهش سیلیسیم باقی مانده و افزایش فاز β-SiC توسط نرم افزار آنالیز تصویری مشخص شده است.

    کلیدواژگان: پیش فرم متخلخل کاربید بور، افزودنی کربن اکتیو، فلزخورانی و سرامیک RBBC
  • خدیجه بیرانوند*، محمدحسن عباسی، علی سعیدی صفحات 27-37

    در این پژوهش، سینتیک احیای کربوترمی مولیبدنیت در حضور اکسیدمنیزیم مورد بررسی قرار گرفت. نمونه های پودری با نسبت استوکیومتری (مولیبدنیت: اکسیدمنیزیم: گرافیت 2:2:1) تهیه و تحت آزمون آنالیز حرارتی هم زمان (STA)، با سه نرخ حرارتی10، 15 و20 درجه بر دقیقه، قرار گرفتند. به منظور تعیین فازهای میانی تشکیل شده در طول فرآیند، یک سری آزمایش های هم دما تحت اتمسفر آرگون صورت گرفت. نتایج نشان داد که فرآیند در محدوده دمایی ºC 900 تا ºC1400 امکان پذیر بوده و با تشکیل فازهای میانی اکسید مولیبدن (MoO2) و مولیبدات منیزیم (MgMoO4) پیش می رود. بررسی های سینتیکی با روش های بدون مدل فریدمن، اوزاوا، کسینجر و روش برازش مدل کوتز - ردفرن انجام شد. نتایج حاصل از تمامی روش ها تطابق خوبی با یکدیگر داشته و حاکی از آن بودند که مکانیزم حاکم بر واکنش کنترل شیمیایی و مقدار انرژی اکتیواسیون آن در حدود kJ/mol 425 می باشد.

    کلیدواژگان: سینتیک، احیای کربوترمی، مولیبدنیت، اکسیدمنیزیم
  • مرجان منشی*، احمد منشی صفحات 39-49

    هنگام استفاده از آجرهای منیزیا کربن در خط سرباره (°C1600) اکسیداسیون کربن باعث ایجاد تخلخل و کاهش پایداری در مقابل خوردگی در این نسوزها میشود. در این پژوهش بررسی نقش افزودنی میکروسیلیس در ایجاد پیوند های نانو فورستریت درجا در نسوزهای منیزیا-فورستریت-کربن و افزایش این فاز با افزودن فروسیلیسیم در دمای بالا بوده که در شرایط کنترل شده، نانو فورستریت درجا (Mg2SiO4) درون آجر ایجاد گردد و به صورت یک پل ارتباطی ذرات MgO را به هم پیوند دهد. در این دسته از نسوزها، افزودن سیلیس جهت ایجاد فورستریت، باعث افزایش استحکام برزیلی (مقاومت در برابر رشد ترک) و کاهش اختلاف پتانسیل سیلیس در آجر-سرباره شده و نفوذ از سرباره به آجر را کاهش می دهد. در این راستا به ترکیب پایه منیزیا-کربن حاوی 3 درصد سیلیسیم (آنتی اکسیدان) و درصدهای مختلف میکروسیلیس (%10-1) ، 3 درصد فروسیلیسیم اضافه شد که در دمای بالا باعث افزایش میزان فورستریت با توجه به نتایج پراش پرتو ایکس بوده است. خواص فیزیکی و مکانیکی نمونه ها در دو دما پس از تمپر °C 250 و زینتر °C1600 بررسی شد. با بررسی نتایج در هر دو دما، استحکام مقاومت در برابر پیشرفت ترک افزایش نشان داد. اندازه دانه های کریستال های فورستریت با روش شرر اصلاح شده برابر 32 نانومتر و میزان فورستریت ایجاد شده به روش نسبت شیب ها هنگام افزودن فروسیلیسیم به ترتیب در 3، 5 و 10 درصد میکروسیلیس مقادیر 10، 14 و 22 درصد بوده است.

    کلیدواژگان: آجر نسوز منیزیا-فورستریت-کربن، میکرو سیلیس، سیلیسیم، فروسیلیسم
  • کامران امینی* صفحات 51-66
    عملیات زیر صفر در سالهای اخیر جهت بهبود مقاومت سایشی و سختی فولادهای ابزار توصیه شده است. این عملیات قبل از عملیات تمپر و بعد از کوینچ بر روی فولاد انجام میگردد. در تحقیق حاضر تاثیر عملیات زیرصفر عمیق بر روی فولاد GOST9HF بررسی میگردد. بدین منظور دو نمونه کوینچ- تمپر و کوینچ- زیر صفر به مدت 48 ساعت- تمپر آماده سازی شده و تاثیر عملیات زیرصفر بر میزان آستنیت باقیمانده، رسوب کاربیدهای ریز، سختی، استحکام و مقاومت سایشی با انجام آزمایشهای پراش پرتو ایکس، بررسی ساختار توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی، میکروسکوپ الکترونی عبوری، سختی سنجی، کشش و سایش به روش پین بر روی دیسک بررسی میگردد. نتایج نشان داد در نمونه های زیر صفر شده در مقایسه با نمونه کوینچ- تمپردر تمام دماهای تمپر (150 درجه سانتیگراد تا 650 درجه سانتیگراد) سختی، مقاومت سایشی و خواص کششی بالاتر است. ضمن آنکه با افزایش دمای تمپر در هر دو نمونه سختی، مقاومت سایشی و خواص کششی به دلیل نرم شدن ساختار و رشد دانه ها کاهش می یابد. دلیل بهبود خواص در نمونه زیرصفر شده حذف آستنیت باقیمانده، رسوب کاربیدهای ریز و یکنواخت تر این کاربیدها است. به نحوی که عملیات زیر صفر باعث کاهش میزان آستنیت باقیمانده از 12% در نمونه کوینچ - تمپر به کمتر از 1% در نمونه زیرصفر شده می شود. همچنین عملیات زیر صفر باعث افزایش کسر حجمی کاربیدها به میزان 52% میگردد.
    کلیدواژگان: عملیات زیر صفر عمیق، سختی، دمای تمپر، ریز ساختار
  • مرجان تحریری*، محمد مهدوی، حسین فرخ پور صفحات 67-78

    برای کاهش دمای تجزیه حرارتی آمونیوم پرکلرات، نانو پوشش استیل استونات منگنز Mn (acac) 3 با استفاده از فرایند سل-ژل تهیه و بر روی سطح ذرات آمونیوم پرکلرات پوشش داده شد. تجزیه و تحلیل آنالیز وزن سنجی گرمایی (TG) نانو پوشش استیل استونات منگنز نشان داد که این ترکیب قبل از تجزیه حرارتی آمونیوم پرکلرات به نانو اسپینل منگنز تبدیل می شود و این نانو اسپینل منگنز از طریق مکانیسم انتقال الکترون اثر کاتالیستی خوبی بر روی تجزیه حرارتی کاتالیستی آمونیوم پرکلرات می گذارد. در این مقاله برای اثبات تشکیل نانو پوشش بر روی سطح آمونیوم پرکلرات تصاویر میکروسکوب روبشی (SEM) و الگوی پراش پرتو ایکس (XRD) گرفته شد. برای بررسی نانو کامپوزیت تهیه شده EDS گرفته شد. همچنین اثر کاتالیستی نانو اسپینل منگنز تهیه شده از تجزیه نانو پوشش استیل استونات منگنز، در مکانیسم تجزیه حرارتی آمونیوم پرکلرات توسط تجزیه و تحلیل حرارتی کالری سنجی پویشی دیفرانسیلی (DSC) و آنالیز وزن سنجی گرمایی (TG) مورد بررسی قرار گرفت و باعث کاهش دمای تجزیه برای دو پیک تجزیه آمونیوم پرکلرات به ترتیب از ºC 422 به ºC 318 و از ºC 317 به ºC 279 برای نانو کامپوزیت Mn (acac) 3/AP شده است. با توجه به کاهش دمای هر دو پیک تجزیه حرارتی آمونیوم پرکلرات مشخص شد که نانو پوشش استیل استونات اثر بسزایی برروی تجزیه حرارتی آمونیوم پرکلرات داشته است و در نهایت باعث بهبود عملکرد پیشرانه های جامد می شود.

    کلیدواژگان: آمونیوم پرکلرات، پوشش دهی، استیل استونات منگنز
  • محسن صالحی*، صاحبعلی منافی، سید سلمان سید افقهی، مجتبی جعفریان صفحات 79-88
    در این پژوهش نمونه های هگزافریت باریم با ترکیب BaZn0.6Zr0.3X0.3Fe10.8O19 (X=Ti,Ce,Sn) به روش فعال سازی مکانیکی سنتز و بوسیله بوسیله آنالیزهای پراش اشعه ایکس (XRD)، میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (FE-SEM)، مغناطیس سنج نمونه مرتعش (VSM) و تجزیه و تحلیل شبکه بردار (VNA) مورد ارزیابی قرار گرفتند. نتایج آنالیز پراش اشعه ایکس تایید کننده حضور فاز غالب هگزافریت باریم به همراه مقدار ناچیزی فاز غیرمغناطیسی هماتیت در ترکیب نمونه ها بود. پارامترهای شبکه a و c با توجه به اختلاف شعاع های یونی یون های مهمان و میزبان افزایش پیدا کرد که بیشترین میزان افزایش مربوط به نمونه حاوی یون سریوم بود. نتایج FE-SEM تایید کننده میانگین اندازه ذرات در حدود nm 450 و nm 250 به ترتیب برای نمونه دوپ نشده و دوپ شده بودند. طبق منحنی های M-H مقادیر مغناطش اشباع (Ms) و نیروی وادارندگی (Hc) در تمامی نمونه ها کاهش یافت و تغییرات قابل توجهی در خواص مغناطیسی هگزافریت باریم در اثر جانشینی یون های آهن مشاهده شد. طبق نتایج بیشترین میزان مغناطش اشباع (emu/g 1/33) و کمترین نیروی پسماندزدا (Oe 14/18) مربوط به نمونه با ترکیب BaZn0.6Zr0.3Ti0.3Fe10.8O19 و BaZn0.6Zr0.3Sn0.3Fe10.8O19 بود. نتایج جذب امواج مایکروویو در محدوده فرکانسی GHz 4/12-8 نشان دهنده بیشترین میزان جذب مربوط به نمونه با ترکیب BaZn0.6Zr0.3Sn0.3Fe10.8O19 در فرکانس GHz 1/11 به میزان dB 3/16- بود.
    کلیدواژگان: هگزافریت باریم، فعال سازی مکانیکی، خواص مغناطیسی، جذب مایکروویو
|
  • Seyyed Mohsen Emami *, Esmaeil Salahi, Mohammad Zakeri, Seyed Ali Tayebifard Pages 1-11

    ZrB2–SiC–ZrC nanocomposite were fabricated by spark plasma sintering (SPS) using ZrB2–SiC–ZrC synthesized powder by MA-SPS route. In the present research, sintering mechanism was investigated by displacement-temperature-time (DTT), displacement rate vs. temperature and displacement rate vs. time diagrams which were obtained during spark plasma sintering cycles. Sintering process of the composite was completed after 17 min at temperature of 1750°C. By using X-ray powder diffraction (XRD) pattern and Rietveld method, the mean crystallites sizes of about 77, 62 and 56 nm were calculated for ZrB2, SiC and ZrC phases, respectively. The physical and mechanical properties of sintered composite such as: density, Flexural strength, Vickers hardness and fracture toughness were % 99/3, 563 MPa, 18 GPa and 4.9 MPa.m1/2, respectively. Finally scanning electron microscopy (SEM) images show three different phases well distributed all over the sample. It is clear that ZrB2, SiC and ZrC phases are well connected and have good continuity.

    Keywords: Zirconium diboride (ZrB2), Silicon carbide (SiC), Zirconium carbide (ZrC), Spark Plasma Sintering (SPS), nanocomposite
  • Ahmad Bayat *, Omid Mirzaee, Hamidreza Baharvandi Pages 13-26

     Boron carbide is highly regarded because of many properties such as high hardness, high Young’s modulus, low density and etc. however, application of B4C is rather limited due to difficulties in densification and low fracture toughness. In this research, uniaxial press at constant pressure of 140 MPa was applied to fabrication of boron carbide porous preforms. B4C powder with size of 43µm, activated carbon with the amount of 0,5,10 Wt.% and phenolic resin powder as a binder and Porosity-causing agent with the amount of 9 Wt.%, were used as raw materials. Infiltration operation with molten silicon had performed in vacuum furnace in temperature 1600 °C. β-SiC phase produced from silicon and carbon that caused the volume density and strength properties of specimens during infiltration process. Residual silicon was decreased from 35%.vol to 18 vol.% with increasing activated carbon contents, on the contrary, secondary silicon carbide had increasing continuously from 10%.vol to 2 vol.%. Decreasing in residual silicon and increasing in β-SiC phase determined by Image analysis software.

    Keywords: Boron carbide porous preform, Activated carbon additive, Infiltration, RBBC
  • Khadijeh Biranvand *, MohammadHasan Abbasi, Ali Saidi Pages 27-37

    In this research, the kinetics of carbothermic reduction of molybdenite in the presence of magnesium oxide was studied. Powder samples with a stoichiometric ratio (molybdenite: magnesium oxide: Graphite 1: 2: 2) prepared under simultaneous thermal analysis (STA), with three heating rates of 10, 15 and 20 degrees per minute, respectively. A series of experiments were performed under isothermal argon atmosphere, to determine the intermediate phases formed during the process. The results showed that the process temperature range was 900 ºC to 1400 ºC and with the formation of intermediate phases of molybdenum oxide (MoO2) and magnesium molybdate (MgMoO4) goes. Kinetic investigations were done with the free model methods such as Friedman, Ozawa and Kissinger as well as model fitting method Coats - Redfern. The results of all methods were in good agreement with each other and suggested that the mechanism of the reaction was chemical control and activation energy was about 425 KJ/mol.

    Keywords: Kinetics, Carbothermic Reduction, Molybdenite, Magnesium Oxide
  • Marjan Monshi *, Ahmad Monshi Pages 39-49

    When using Magnesia-Carbon refractories in slag line (1600 C) oxidation produces porosity and corrosion. In this research, micro silica is added to produce in situ nano forsterite inside the brick and act as a binding between MgO grains. This increases Brazilian (strength resistant to crack growth) and lowers chemical potential of silica between brick-slag and decreases diffusion of slag. 3% silicon (anti-oxidant), 1-10 % micro silica and in 2nd series of samples ferrosilicon was added. XRD showed increase of forsterite formation with ferrosilicon. Physical and mechanical properties after tempering at 250 C and sintering at 1600 C were studied at this time. Strength and crack resistance improved. Modified Scherer Equation which showed crystal size, measured crystals of forsterite as 32 nm. Ratio of Slopes Method used to calculated 10, 14 and 24 % forsterite respectively at 3, 5 and 10 % micro silica addition to yhe bricks. It shows that increase in silica, increase potencial of forsterite formation.

    Keywords: Magnesia Forsterite Carbon refractory brick, Micro silica, Ferrosilicon, hot Corrosion
  • Kamran Amini * Pages 51-66
    In recent years, cryogenic-treatment is considered in order to improve of wear and hardness resistance of tool steels. Cryo-treatment is performed on steel before and after of tempering and quenching treatment, respectively. In this research, the effect of deep cryogenic treatment is investigated on the GOS9HF-steel. In this regard, the quenched-tempered and quenched-Cryo-treated samples are prepared after tempering treatment for 2hrs. then, impact of Cryo-treatment on value of retained austenite, fine carbide precipitations are evaluated by XRD, SEM and the amount of hardness, strength and wear resistance are measured by micro-hardness, tensile and wear tests. The wear test is conducted by pin-on-disc method. The results indicated that the amount of hardness and properties of wear and tensile in the Cryo-treated sample were rather than the quenched-tempered samples at all of tempering temperatures (i.e. from 150 to 650˚C). Additionally, with increase of tempering temperature, the amount of hardness, wear behavior and tensile property are decreased in both of Cryo-treated and quenched-tempered samples. This can be attributed to the softening of microstructure and the growing of grain sizes. Moreover, it was obvious that improving of Cryo-treated samples are related to the removing of retained austenite, precipitation of fine carbides and more appropriate distribution of these carbides. It is cleared that the Cryo-treatment causes to decrease of value of retained austenite from 12% to below of 1% at quenched-tempered and Cryo-treated samples, respectively. Finally, Cryo-treatment causes to increase of volume fracture of carbides to 52%.
    Keywords: Deep cryogenic treatment, Hardness, Tempering, temperature, Microhardness
  • Marjan Tahriri *, Mohammad Mahdavi, Hossein Farrokh Pour Pages 67-78

    Nano-sized manganese (III) acetylacetonate (Mn(acac)3) was coated on the surface of ammonium perchlorate (AP) by sol-gel method, for reducing thermal decomposition temperature of AP. Analysis of thermal gravimetry (TG) results showed that manganese (III) acetylacetonate nano-coating has been converted to manganese spinel before the thermal decomposition of ammonium perchlorate and this nano-sized manganese spinel had a good catalytic effect on the thermal decomposition of ammonium perchlorate. In this paper, X-ray diffraction pattern (XRD) and scanning electron microscopic images (SEM) were used to prove the formation of nano-coating on the surface of ammonium perchlorate and identification nanocomposites, respectively. As well as, the catalytic effect of nano-sized manganese spinel resulted from manganese (III) acetylacetonate studied by the differential scanning calorimetry (DSC) and Thermogravimetric analysis (TG) on the thermal decomposition of ammonium perchlorate and thermal decomposition of nano composite Mn(acac)3/AP showed that decomposition peaks of ammonium perchlorate decreased from 422 ºC to 318 ºC and from 317 ºC to 279 ºC ,respectively. According to the reduction effect of the nano-sized coating on the decomposition peaks of AP, it has been revealed that nano-coating has a significant effect on the thermal decomposition of ammonium perchlorate and eventually improved the performance of solid propellants.

    Keywords: ammonium perchlorate, Coating, manganese (III) acetylacetonate
  • Mohsen Salehi *, Sahebali Manafi, Seyed Salman Seyed Afghahi, Mojtaba Jafarian Pages 79-88
    In this research, barium hexaferrite samples with BaZn0.6Zr0.3X0.3Fe10.8O19 (X=Ti,Ce,Sn) composition were synthesized via mechanical activation method and were evaluated by X-ray diffraction (XRD), field emission electron microscopy (FE-SEM), vibrating sample magnetometer (VSM) and Vector network analysis (VNA). X-ray diffraction results confirmed the present of barium hexaferrite as a dominant phase with small amount of hematite as a non-magnetic phase in the sample compound. Lattice parameters a and c was increased due to the difference between ionic radius of guest and host ions and the largest increases was related to the sample that containing cerium ion. The FE-SEM results confirmed the average particles size of about 450 nm and 250 nm for samples without and with dopant respectively. According to M-H curves the value of saturation magnetization (Ms) and coercive force (Hc) was reduced in all cases and significant changes were observed in magnetic properties of barium hexaferrite with the effect of substitution of Fe ions. According to the results maximum magnetic saturation (33.1 emu/g) and minimum coercivity force (8.14 Oe) were related to samples with composition of BaZn0.6Zr0.3Ti0.3Fe10.8O19 and BaZn0.6Zr0.3Sn0.3Fe10.8O19 respectively. According to the results of microwave absorption in the frequency range of 8-12.4 GHz the maximum absorption was related to the sample with the composition of BaZn0.6Zr0.3Sn0.3Fe10.8O19 at the frequency of 11.1 GHz was -16.3 dB.
    Keywords: Barium hexaferrite, Mechanical activation, Magnetic properties, Microwave absorption