فهرست مطالب

مهندسی متالورژی - پیاپی 78 (تابستان 1399)

مجله مهندسی متالورژی
پیاپی 78 (تابستان 1399)

  • تاریخ انتشار: 1399/12/25
  • تعداد عناوین: 7
|
  • محمد مکملی*، معصومه ترابی پاریزی صفحات 90-101
    تغییر تکنولوژی ذوب از کوره های ریورب به کوره های فلش در مجتمع مس سرچشمه تغییر آنالیز آندهای تولیدی را به همراه  داشته است. این تغییر عمدتا ناشی از تغییر شرایط عملیاتی در روش تولید مات مس به روش فلش می باشد. غبار کوره فلش که غلظت آرسنیک، آنتیموان، بیسموت، سلنیوم و تلوریم در آن بالاست، در فرایند تولید مس پس از خروج از کوره فلش در فیلترهای الکترواستاتیک جمع آوری و مجددا به همراه کنستانتره ورودی به کوره ی فلش برگشت داده می شود. مطابق مشاهدات صورت گرفته در واحد پالایشگاه مجتمع مس سرچشمه، تغییر تکنولوژی ذوب، افزایش تعداد آندهای پسیو شده در پالایشگاه را به همراه داشته است. مطالعات انجام شده در این تحقیق روی 285 آند تولیدی افزایش 37 درصدی سلنیوم، 216 درصدی تلوریم، 18 درصدی آرسنیک، 62 درصدی آنتیموان،  104 درصدی بیسموت، 185 درصدی سرب و 45 درصدی آهن را پس از تغییر تکنولوژی ذوب نشان می دهد. افزایش ناخالصی ها در آند، امکان پسیو شدن آندها را افزایش می دهد. در این تحقیق خارج کردن 20 درصد وزنی از غبار کوره فلش و فراوری آن به کمک روش هیدرومتالورژی به عنوان راه حل غلبه بر مشکل پسیو شدن آندی در پالایشگاه مجتمع مس سرچشمه پیشنهاد شده است. آزمایش های اولیه نشانگر امکان بازیابی 90 درصدی مس موجود در غبار به روش لیچینگ اتمسفری با اسید سولفوریک است. اجرای این پیشنهاد، افزایش ظرفیت تولید واحد استخراج با حلال مجتمع مس سرچشمه که در حال حاضر به واسطه کمبود خاکهای اکسیدی، با نصف ظرفیت اسمی فعالیت می کند را به همراه خواهد داشت.
    کلیدواژگان: مجتمع مس سرچشمه، غبار کوره فلش، پسیو شدن آندی
  • حسین علی نژاد، مجید عباسی* صفحات 103-117
    برای ارزیابی پدیده پیری در فولاد زنگ نزن دوفازی 2304 از بررسی های میکروسکپی و الکترومغناطیسی استفاده شد. عملیات پیرسازی مصنوعی در دماهای 700، 800 و 900 درجه سانتی گراد و در زمان های 15، 60 و 120 دقیقه انجام شد. برای بررسی های ریزساختاری و سختی، از میکروسکوپ نوری مجهز به نرم افزار آنالیز تصویر، میکروسکپ الکترونی روبشی مجهز به آنالیزگر شیمیایی، دستگاه پراش پرتو ایکس و روش ویکرز استفاده شد. سپس برای ارزیابی الکترومغناطیسی از آزمون جریان گردابی در فرکانس kHz100 استفاده شد که داده ها به صورت نقشه امپدانسی ارایه و ارزیابی شد. بررسی های میکروسکپی نشان داد که با افزایش شدت پیری از طریق افزایش دما و زمان پیرسازی، مقدار فاز فریت کاسته می شود و در مقابل فازهای ثانویه از نوع کاربیدM23C6 ، نیترید Cr2N  و آستنیت ثانویه (2Ƴ) در ریزساختار تشکیل و رشد می کنند. این فازهای ثانویه در داخل فاز فریت تشکیل شده و منجر به کاهش کسر حجمی فاز فریت، نسبت به نمونه پیرنشده شده است. بیشترین این تغییرات در دمای 900 و زمان 120 دقیقه مشاهده شده است. نتایج ارزیابی الکترومغناطیسی نشان داده است که با افزایش دما و زمان پیرسازی، تشکیل بیشتر رسوبات مخرب و کاهش شدید میزان فریت در ریزساختار، پاسخ های الکترومغناطیسی به طور مناسبی با کاهش بیشتر دو شاخص مقاومت خود القایی و امپدانس و افزایش بیشتر شاخص  مقاومت الکتریکی تغییر می کند. بنابراین می توان شدت وقوع پدیده پیری در این فولاد را از روی نقشه امپدانسی آن مشاهده نمود.
    کلیدواژگان: فولاد زنگ نزن دوفازی، پدیده پیری، ارزیابی غیرمخرب، روش جریان گردابی، نقشه امپدانسی
  • مجید معارف وند، سعید شیبانی*، فرشته رشچی صفحات 118-130
    در این پژوهش، بازیافت عنصر گالیم از دیودهای نورافشان (LED) باطله به روش هیدرومتالورژی انجام شده است. مراحل مختلف این فرایند شامل جداسازی تراشه از لامپ LED، اکسیداسیون تراشه ها و حل سازی در محیط هیدروکلریک اسید است. از آنجا که گالیم در تراشه لامپ LED به شکل فاز نیتریدی تقریبا نامحلول حضور دارد، تراشه باید ابتدا از لامپ LED جدا شده و اکسیداسیون در راستای تغییر فاز حاوی گالیم (نیتریدی به اکسیدی) انجام شود. پس از این مراحل تراشه ها تحت عملیات حل سازی قرارگرفتند. در آزمایش های حل سازی، متغیرهای مختلفی از جمله دمای حل سازی، زمان حل سازی و غلظت حلال هیدروکلریک اسید مورد بررسی قرار گرفته و شرایط بهینه تعیین شده اند. طراحی آزمایش به روش سطح پاسخ انجام شد. پس از انجام آزمایش و آنالیز محلول های نهایی، بهترین نتیجه متعلق به آزمایش انجام شده در غلظت 4 مولار هیدروکلریک اسید، دمای ºC 93 و در زمان 2 ساعت و برابر با 4/91 % بازیابی گالیم بدست آمد. با توجه به تحلیل آماری نتایج بدست آمده از آزمایش ها، دمای حل سازی به عنوان موثرترین متغیر معرفی شد. در ادامه آزمایش های تکمیلی به منظور تعیین مکانیزم و تحلیل سینتیکی فرایند انجام شد. این بررسی ها نشان داد که در دمای ºC 50، واکنش شیمیایی، کنترل کننده این فرایند انحلال است. این در حالی است که با افزایش دما به 65 و ºC 80، مکانیزم فرآیند به کنترل شده از طریق نفوذ از فیلم سیال تغییر می کند.
    کلیدواژگان: بازیابی، گالیم، طراحی آزمایش، حل‏سازی، سینتیک
  • محمد جودکی، معصومه سیف الهی*، سید مهدی عباسی، سید مهدی قاضی میرسعید صفحات 131-141

    در این پژوهش، اثر فرآیند ذوب مجدد VAR و VIM آلیاژ جاذب هیدروژن MmNi4.8Al0.2 بر ریزساختار و مشخصه های جذب و واجذب هیدروژن بررسی شد. آلیاژ اولیه به روش ذوب القایی تحت خلا تهیه و توسط فرآیندهای VIM و  VAR ذوب مجدد شدند. آنالیز ریزساختاری و فازی توسط SEM و XRD انجام و مشخصه های جذب و واجذب با آزمون سیورت ارزیابی شد. ریزساختار شامل فاز زمینه، فاز دوم در اثر جدایش Al، تخلخل و ترک است. فاز دوم در آلیاژ اولیه و آلیاژ ذوب مجدد شده در VAR، مقادیر ناچیزی از عناصر La و Ceرا داراست و فاز دوم در آلیاژ ذوب مجدد شده در VIM در فاز زمینه حل شده و یا به مقدار بسیار ناچیزی کاهش پیدا کرده است. همچنین ذوب مجدد، فشار جذب را در آلیاژ ذوب مجدد شده به روش VAR و VIM به ترتیب از مقدار 28/7 به 13/7 و bar 49/5 ؛ فشار واجذب را به ترتیب از مقدار 86/22 به 55/21 و bar 17/18 کاهش و میزان ذخیره سازی هیدروژن را از41/1 به 42/1 و wt% 46/1 افزایش داده است. نتایج نشان داد که هر چه میزان همگنی ترکیب بیشتر می شود، یا به عبارت دیگر هرچه میزان فاز دوم کاهش پیدا می کند، فشار جذب و واجذب کمتر شده و ظرفیت ذخیره سازی بیشتر می شود.

    کلیدواژگان: ذخیره سازی هیدروژن، آلیاژ MmNi4.8Al0.2، ذوب مجدد در VAR و VIM، نمودارهای PCT، بررسی های ریزساختاری
  • حمید سازگاران*، زهرا ولی پور، فرهاد خرمشاهی صفحات 142-153
    در پژوهش حاضر، فوم های فولادی به روش متالورژی پودر و با استفاده از دانه های اوره به عنوان فضاساز به صورت موفقیت آمیز تولید شدند و اثر افزودن کاربید تنگستن (0، 5/0، 1، 2 و 4 درصد وزنی) به فولاد سازنده دیواره سلول ها بر روی میزان تخلخل، ریزساختار دیواره سلول ها و ویژگی های مکانیکی فوم های تولیدی مطالعه شد. ریزساختار دیواره سلول ها توسط میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی مجهز به نرم افزار پردازش تصویر ارزیابی گردید. افزایش درصد وزنی کاربید تنگستن تاثیر اندکی بر روی کسر سطحی و میزان کرویت سلول ها دارد و این در حالی است که کسر سطحی و میزان کرویت حفرات تشکیل شده در دیواره سلول ها شدیدا تحت تاثیر افزودن کاربید تنگستن است. رفتار مکانیکی فوم های فولادی تولید شده توسط انجام آزمون فشار تعیین شدند. درصد تخلخل فوم های تولیدی بین 73 تا 80 درصد است و با افزایش میزان کاربید تنگستن، درصد تخلخل کاهش می یابد. نتایج ارزیابی های میکروسکوپی حاکی از آن است که ریزساختار دیواره سلول ها شامل فریت و پرلیت است که ذرات کاربید تنگستن به صورت یکنواخت درون آن توزیع یافته اند. منحنی تنش- کرنش فوم های فولادی دارای ناحیه الاستیک، ناحیه پلاتو طولانی دندانه اره ای و نقطه شکست است و با افزایش درصد وزنی کاربید تنگستن، منحنی ها به سمت بالا شیفت می یابند.
    کلیدواژگان: فوم فولادی، کاربید تنگستن، روش فضاساز، ریزساختار دیواره سلول ها، رفتار فشاری
  • محمد امین امیرخانی دهکردی*، محسن اسدی اسد آباد، مصطفی حسن زاده، سید محمد میروکیلی صفحات 154-162
    تغییر در موقعیت اتم ها در شبکه بلوری ماده در اثر تابش ایجاد می شود. تغییر ساختار سبب تغییر در مشخصات ماکروسکوپی ماده خواهد شد.دانستن مقدار تغییرات انواع خصوصیات ماده در محیط های با تابش بالا ضروری است. در این مقاله به مطالعه تاثیر تابش پروتون با انرژی MeV 5/2 بر ساختار گرافیت با درجه TSX پرداخته شده است. این نوع گرافیت در راکتور تحقیقاتی تهران به عنوان بازتابنده استفاده می شود. تابش دهی برای مدت زمان 276 دقیقه با پروتون انجام شده است. در بررسی انجام گرفته از تست میکرو سختی، تست رامان و تصاویر SEM استفاده شده است. نتایج، افزایش میکروسختی ماده در اثر تابش را نشان می دهد. همچنین افزایش حلقه های تهی جا و بین نشین ها در بررسی طیف رامان بدست آمده است. ایجاد حفره های در سطح گرافیت تابش دیده، در تصاویر SEM مشاهده شده است. نتایج بدست آمده با استفاده از مدل عیوب نقطه ای قابل بررسی می باشد.
    کلیدواژگان: آسیب تابش، گرافیت TSX، میکروسختی، تابش پروتون، طیف رامان
  • فرزاد شهری*، سبحان محمدی فتح آباد صفحات 163-175
    در تحقیق حاضر یک حسگر زیستی-مغناطیسی چند لایه (SiO2/CoFeSiB/Al2O3/Cr/Au) مبتنی بر اثر امپدانس مغناطیسی با استفاده از سیستم میکروالکترومکانیکی طراحی وساخته شده است. بدین منظور ابتدا شمش آلیاژ پایه کبالت با ترکیبCo15Fe4.3Si12.5B15  در کوره القایی تحت خلاء تهیه و سپس با استفاده از دستگاه مذاب-ریسی، نوارهای انجماد سریع شده با ریزساختار آمورف تهیه شدند. جهت تهیه حسگر، یک طرح مارپیچی با ده عدد بازو با استفاده از فرآیند لیتوگرافی بر روی سطح نوار آمورف تهیه و سپس پوشش چند لایه آلومنیا/کروم/طلا  با استفاده از فرآیند کندوپاش مغناطیسی امواج رادیویی، بر روی آن پوشش دهی شد. مشخصات مغناطیسی نوار به کمک دستگاه منحنی نگار هیسترزیس و مغناطش سنج نمونه مرتعش اندازه گیری شدند. مقاومت الکتریکی ویژه آلیاژ به روش پویشگر چهار نقطه اندازه گیری شد. آزمون پراش پرتو ایکس بر روی نوار نشان دهنده ی یک ساختار آمورف نوار می باشد. اندازه و ترکیب ذرات اکسید آهن مورد استفاده در این پژوهش به وسیله ی میکروسکوپ الکترونی روبشی و آزمون پراش پرتو ایکس مشخص شدند. نسبت امپدانس مغناطیسی بزرگ (GMI) نوار و حسگرها در محدوده فرکانسی 1 تا MHz 12 و حداکثر میدان مغناطیسی Oe 170 مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان می دهد که حداکثر نسبت امپدانس مغناطیسی حسگر برابر با 67% و در فرکانس MHz 9 حاصل شده است که در حضور mg 1/0 از ذرات سوپر-پارامغناطیس اکسید آهن بروی سطح حسگر، به میزان 13% کاهش یافته است. بنابراین، با توجه به حساسیت قابل توجه حسگر تهیه شده به نانوذرات اکسید آهن، این حسگر می تواند در کاربردهای زیستی-مغناطیسی مورد استفاده قرار گیرد.
    کلیدواژگان: حسگر زیستی-مغناطیسی، نوار آمورف پایه کبالت، اثر امپدانس مغناطیسی بزرگ، ذرات سوپر-پارامغناطیس، اکسید آهن، سیستم میکرو-الکترو-مکانیکی
|
  • Mohammad Mokmeli *, Masoumeh Torabi Parizi Pages 90-101
    A recent smelting technology change at Sarcheshmeh Copper Complex, from the reverberatory furnace to the Outotec flash smelting furnace has affected the chemical analysis of the produced copper anodes. This is most likely due to change in the analysis of the smelting dust. The flash smelter flue dust,whichis high in concentration of minor elements, selenium and tellurium, is captured in the electrostatic filters and is recycled back into the flash furnace. The analysis result of 285 anodes in this study showed the rise in concentration of selenium, tellurium, arsenic, antimony, bismuth, lead and iron by 37%, 216%, 18%, 62%, 104%, 185% and 45%, respectively.The likelihood of anodic dissolution is decreased by increasing the impurity content of the anode. Flash smelting flue dust bleed and its hydrometallurgical treatment was suggested as a solution to overcome the decline in anodic dissolution at the refinery plant of Sarcheshmeh.Laboratory scale atmospheric leaching of the flue dust resulted in higher than 90% copper leaching recovery.This is also helping the existing heap leach/SX/EW facility to reach its nominal capacity using the PLS produced from the leaching of the flash smelter flue dust.
    Keywords: Sarcheshmeh, Flue dust, Anodic Dissolution, Flash smelting, Electrorefining, Leaching
  • Hossein Alinejad, Majid Abbasi * Pages 103-117
    Microstructural ‎and Electromagnetically Methods were performed for evaluation of aging phenomenon in 2304 duplex stainless steel. The artificial aging process were carried out at temperatures of 700, 800 and 900 °C and at 15, 60 and 120 minutes. For microscopic and hardness evaluations, optical microscopy equipped with image analysis software, scanning electron microscopy equipped with chemical analyzer, X-ray diffraction device and Vickers method were used. Then, for electromagnetic evaluation, the eddy current test at 100 kHz was performed, and the data were presented and evaluated as an impedance plan. The microscopic studies showed that with increasing aging intensity by increasing aging temperature and time, reduced the amount of ferrite phase. In contrast, the secondary phases of M23C6 carbide, Cr2N nitride, and secondary austenite form and grow in the microstructure. These secondary phases are formed within the ferrite phase and lead to a reduction in the volume fraction of the ferrite phase relative to the annealed sample. The most sever changes were observed at 900 °C and 120 min. The results of electromagnetic evaluation have shown that with increasing the aging temperature and time, formation of more destructive phases and a sharp decreasing of ferrite content in the microstructure, the electromagnetic responses change appropriately by further reducing the inductive reactance and impedance index and further increasing the resistance index. Therefore, the severity of the aging phenomenon in the steel can be seen from its impedance plan.
    Keywords: Duplex stainless steel, Aging Phenomenon, Nondestructive evaluation, Eddy Current Method, Impedance Plan
  • Majid Maarefvand, Saeed Sheibani *, Fereshteh Rashchi Pages 118-130
    In this research, the recovery of the gallium from a waste light-emitting diode (LED) was carried out by a hydrometallurgical method. This process involves the chip separation from the LED, oxidation of the chips and gallium leaching in hydrochloric acid medium. Since gallium is present in an insoluble nitride phase in the LED chip, the chip must be separated from the LED, and then an oxidation step is needed to convert the nitride phase to oxide. After these steps, the oxidized chips were subjected to the leaching process. Various variables such as leaching temperature, leaching time and hydrochloric acid concentration have been investigated in the leaching experiments and optimal conditions have been determined. The design of experiment was done through the surface response method. The optimum conditions after performing the experiments and analyzing the final solutions were determined. At optimum leaching conditions of 4 M hydrochloric acid, 93 ºC and 120 minutes, the gallium leaching recovery was 91.4%. It can be found that the leaching temperature is the most effective parameter in this process. Further experiments were performed to determine the mechanism and kinetic analysis of the process. These studies showed that at 50 °C, the chemical reaction controls the rate of the leaching process. However, the reaction mechanism was changed to diffusion-controlled as the temperature increases to 65 and 80 °C.
    Keywords: Recycling, Gallium, Design of experiment, Leaching, Kinetics
  • Mohammad Judaki, Masumeh Seifollahi *, Seyed Mahdi Abbasi, Seyed Mahdi Ghazi Mir Saeed Pages 131-141

    In this article, the effects of VIM and VAR remelting processes are investigated on the microstructure and absorption/desorption characteristics of MmNi4.8Al0.2 hydrogen storage alloy. The main alloy prepared in a Vacuum induction furnace and remelted in VIM and VAR. The microstructures and phases were analyzed with SEM and XRD. Hydrogen absorption/desorption characteristics is performed on Sievert apparatus. The results showed that the microstructure is consisting of matrix, second phase as a result of Al segregation, porosities and cracks. The second phases in the main alloy and VAR remelted have low content of La and Ce. This phase is solutionized or decreased to low level in VIM remelted alloy. Remelting, also, declined the absorption pressure to 21.55 and 18.17 bar and the desorption pressure to 7.13 and 5.49 bar in VAR and VIM remelted alloy, but increased the hydrogen storage capacity increased to 1.42 and 1.46 wt%  respectively. The more the homogeneity degree, the less the absorption/desorption pressure and the more the hydrogen storage capacity.

    Keywords: Hydrogen storage, MmNi4.8Al0.2 Alloy, VIM, VAR Remelting, PCT curves, Microstructure
  • Hamid Sazegaran *, Zahra Vali Pour, Farhad Khoram Shahi Pages 142-153
    In this present work, steel foams were successfully manufactured through powder metallurgy route using urea granules as space holder and influences of WC content (0, 0.5, 1, 2, and 4 wt. %) added into cell walls were studied on porosity percentage, microstructure of cell walls, and mechanical properties of steel foams. The microstructure of cell walls was evaluated using optical microscope and scanning electron microscope equipped with image processing software. Increasing WC has little effect on surface fraction and sphericity of cell, while the surface fraction and sphericity of the pores formed into the cell walls are strongly affected by the addition of WC. The mechanical behavior of the steel foams was conducted using compression test. The porosity of the steel foams is between 73 % and 80 % and with the increase in WC content, the porosity percentage decreases. The results of microscopic evaluations indicated that the microstructure of cell walls contains ferrite and pearlite, with tungsten carbide particles distributed uniformly. The stress vs. strain curves of the steel foam have an elastic region, a long saw-tooth plateau region, and a fracture point and the curves are shifted upward as the WC content increased.
    Keywords: Steel foam, WC, Space holder technique, Microstructure of cell wall, Compressive behavior
  • Mohamad Amin Amirkhani Dehkordi *, Mohsen Asadi Asadabad, Mostafa Hasanzadeh, Sayed Mohamad Mirvakili Pages 154-162
    Change in the position of atoms in the material’s crystalline lattice is caused by the radiation. Changes in the macroscopic properties of the material will be created by the change in structure. Knowing the amount of variation of material properties is necessary for materials in high-radiation environments. In this paper, the effect of 2.5 MeV proton irradiation on TSX grade graphite structure is investigated. This graphite is used as a reflector in the Tehran research reactor. The radiation has been carried out with the proton for 276 minutes. Microhardness test, Raman test, and SEM images were used in this study. The results show an increase in the microhardness of the material due to the radiation. Increased vacancy and interstitial clusters have also been observed in the Raman spectrum. The creation of cavities on the surface of irradiated graphite is observed in SEM images. The results can be verified by using the point defect model.
    Keywords: Radiation damage, TSX graphite, Microhardness, Proton irradiation, Raman spectrum
  • Farzad Shahri *, Sobhan Mohammadi Fathabad Pages 163-175
    In this work, a multilayer magnetic biosensor (SiO2/CoFeSiB/Al2O3/Cr/Au) based on the giant magnetoimpedance (GMI) effect, is designed and fabricated by micro-electromechanical system (MEMS) technology. Co68.15Fe4.3Si12.5B15‎ alloy ingot was prepared using vacuum arc remelting (VAR) furnace and then amorphous ribbon was produced using melt-spinning process. In order to develop the GMI biosensor, a micro-pattern was implicated on the ribbon on a SiO2 substrate using lithography technique with a meander structure containing 10 arms. Al2O3/Cr/Au layers were deposited on the patterned ribbon using RF-sputtering technique. Differential scanning calorimetry (DSC) and X-ray diffraction (XRD) were used to evaluate the thermal property and structure of the ribbon. The results showed that the structure of the ribbon is amorphous. Finally, magnetoimpedance evaluation of the sensor was done at frequency range of 1-12 MHz and magnetic field of 0-170 Oe. In the GMI experiment, Fe3O4 nanoparticles were used as sensing elements. Based on the results obtained, it was shown that the maximum GMI ratio was 67% for blank sensor and is reduced by about 13% for sensor with 0.1 mg Fe3O4 at frequency of 9 MHz. Therefore, due to the significant sensitivity of fabricated sensor to iron-oxide nanoparticles, this sensor has potential to be used for bio-magnetic applications.
    Keywords: Bio-Magnetic sensor, Co-based amorphous ribbon, Magnetoimpedance effect, super paramagnetic particle, Iron oxide, micro electro mechanical system (MEMS)