فهرست مطالب
فصلنامه مواد پیشرفته در مهندسی
سال چهلم شماره 2 (تابستان 1400)
- تاریخ انتشار: 1400/07/21
- تعداد عناوین: 8
-
-
صفحات 1-11
در این پژوهش، یک روش جدید و آسان برای سنتز نانوذرات اکسید مس (II) CuO)) به روش اکسیداسیون شیمیایی توسط اسید نیتریک گزارش می شود. این روش بر پایه فرایند اکسیداسیون نانوذرات مس (Cu NPs) بر سطح الکترود طلا با تاثیر اسید نیتریک است که مورفولوژی سطح الکترود در آن ارزیابی شده است. نانوذرات مس با استفاده از روش پتانسیومتری بر سطح طلا رسوب یافت. غلظت و چگالی بالای نانوذرات مس توسط روش ولتامتری پالس تفاضلی محاسبه شد. فرایند رشد و توزیع نانوذرات اکسید مس روی سطح نانوذرات مس توسط آزمون ساختاری مادون قرمز تبدیل فوریه و طیف سنجی پراش پرتوی ایکس نشان داد که نیترات به خوبی جذب سطح شده است و قله تیز هیدروکسیل ظاهر شده و نانوذرات اکسید مس (II) در سطح الکترود ایجاد شده اند. تغییر مورفولوژی سطح با جذب نیترات بیانگر کاهش متوسط اندازه نانوذرات کروی از حدود 150 نانومتر به 50 نانومتر بود. این امر می تواند ناشی از اکسیداسیون نانوذرات مس در سطح و کاهش اندازه ذرات در مقایسه با شرایط عدم حضور اسید نیتریک باشد. با توجه به خواص نانوذرات اکسید مس (II)، این روش آسان و کم هزینه می تواند به عنوان اصلاح سازی سطح الکترود ضد باکتری و فعال کاتالیست به کار برده شود.
کلیدواژگان: نانوذرات مس، اسید نیتریک، الکتروشیمیایی، مورفولوژی سطح، اکسیداسیون -
صفحات 13-30
هدف از پژوهش حاضر بررسی رفتار تغییر شکل گرم و وقوع پدیده های ترمیم در حین تغییر شکل فولاد ابزار گرم کار AISI H10 است. بدین منظور، آزمایش کشش گرم روی این فولاد در محدوده دمایی 1150-900 درجه سانتی گراد با فاصله دمایی 50 درجه سانتی گراد و در نرخ کرنش ثابت 1-0/1 ثانیه انجام شد. پس از انجام آزمایش، تحولات ریزساختاری بررسی شده و نمودارهای سیلان و داکتیلیته گرم فولاد رسم شدند. با توجه به بررسی منحنی داکتیلیته و نتایج ریزساختار، در دماهای 900 و 950 درجه سانتی گراد به علت کم بودن دما و عدم فعال شدن فرایندهای ترمیم و حضور کاربیدها، داکتیلیته نسبت به سایر دماها کمتر است. با افزایش دما در محدوده دمایی 1100-1000 درجه سانتی گراد، به علت وقوع تبلور مجدد دینامیکی، داکتیلیته افزایش یافته است. درنهایت در دمای 1150 درجه سانتی گراد با توجه به انحلال ذرات کاربیدی و فراهم شدن شرایط رشد دانه ها، داکتیلیته افت کرد. محدوده دمایی مناسب برای تغییر شکل فولاد مورد بررسی با توجه به نتایج آزمایش کشش گرم و بررسی های ریزساختاری در نرخ کرنش ثابت 1-0/1 ثانیه و 1100-1000 درجه سانتی گراد به دست آمد.
کلیدواژگان: نانوذرات مس، اسید نیتریک، الکتروشیمیایی، مورفولوژی سطح، اکسیداسیون -
صفحات 31-45
هدف از پژوهش حاضر بهینه سازی شرایط عملیات حرارتی در ترکیب بین فلزی مغناطیسی Nd2Fe14B حاصل از فرایند ذوب ریسی است. بر این اساس، ابتدا پیش ماده مورد نظر به روش مذاب ریسی و با سرعت دیسک مبرد 40 متر بر ثانیه تهیه شد. سپس محصول تولیدی در محدوده دمایی 500 تا 700 درجه سانتی گراد به مدت یک تا هشت ساعت تحت عملیات حرارتی قرار گرفت. ارزیابی های ساختاری و مغناطیسی توسط پراش سنجی پرتوی ایکس (XRD)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و مغناطومتر ارتعاشی (VSM) انجام شد. نتایج حاصل نشان داد که ساختار نوارهای مذاب ریسی شده، متشکل از رسوبات آهن- آلفا و Nd2Fe14B در زمینه فاز آمورف است. مقدار میدان وادرندگی و مغناطش اشباع نمونه مورد بحث در حدود kOeم0/14 و emu/gم120 برآورد شد. با انجام عملیات حرارتی و به دنبال آن تبلور فاز آمورف، به تدریج از درصد فاز آهن- آلفا کاسته شده و ساختار تک فازی از ترکیب بین فلزی مغناطیسی Nd2Fe14B حاصل می آید. بهینه شرایط عملیات حرارتی در این نمونه دمای 600 درجه سانتی گراد و زمان شش ساعت تشخیص داده شد که در آن میدان وادارندگی مغناطیسی به بیش از kOeم9 می رسد.
کلیدواژگان: نانومغناطیس سخت، مذاب ریسی، عملیات حرارتی، ترکیب بین فلزی -
صفحات 47-64
در این مقاله تاثیر نانوذرات دی اکسید تیتانیوم بر ساختار و خواص مغناطیسی ابررسانای Bi1.6Pb0.4Sr2Ca2Cu3O10+θم(Bi-2223) از سیستم سرامیکی پایه بیسموت بیسکو (BSCCO) بررسی شده است. برای این منظور ترکیب ابررسانای Bi-2223 به روش سل- ژل تهیه شده و در ادامه، فرایند اصلاح سطح نانوذرات دی اکسید تیتانیم، توسط واکنش شیمیایی با تولوین دی ایزوسیانات (TDI) صورت گرفت. با هدف مشخصه یابی ترکیبات سنتز شده و بررسی اثر نانوذرات دی اکسید تیتانیوم بر خواص ساختاری و ابررسانایی نمونه ها، اندازه گیری های پراش پرتوی ایکس، تصویربرداری میکروسکوپی گسیل میدانی، پذیررفتاری مغناطیسی و منحنی هیسترزیس انجام گرفت. بر اساس تحلیل الگوی پراش پرتوی ایکس نمونه ها با استفاده از نرم افزار MAUD، افزودن مقادیر کم نانوذرات دی اکسید تیتانیم بر شکل گیری فاز مطلوب Bi-2223 تاثیر محسوسی نداشته و افزودن مقادیر بالاتر نانوذرات (0/8 درصد وزنی) درصد شکل گیری این فاز را کاهش می دهد. بر اساس اندازه گیری های مغناطیسی، دمای گذار ابررسانایی با افزایش درصد نانوذرات کاهش می یابد و افزودن نانوذرات بر پهنای حلقه هیسترزیس تاثیر گذاشته و ترکیب با 0/2 درصد وزنی، بیشترین مقدار مغناطش پذیری، پهنای حلقه هیسترزیس و چگالی جریان بحرانی را داراست.
کلیدواژگان: Bi-2223، دی اکسید تیتانیم، حلقه هیسترزیس، پذیرفتاری مغناطیسی -
صفحات 65-82
در این پژوهش، تغییرات ریزساختار در فرایند ترمومکانیکی و تاثیر آن بر خواص خوردگی فولاد زنگ نزن آستنیتی 321 بررسی شد. آزمون طیف سنجی پراش انرژی پرتو ایکس و میکروسکوپ نوری به ترتیب برای شناسایی رسوبات و ریزساختار استفاده شدند. به منظور ارزیابی خواص خوردگی، آزمون های پلاریزاسیون پتانسیودینامیک و طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی انجام شد. ابتدا نمونه اولیه تحت عملیات نورد سرد در کاهش ضخامت 90 درصد در دمای نیتروژون مایع قرار گرفت و در ادامه عملیات آنیل در دماهای 750، 850 و 1050 درجه سانتی گراد در زمان 10 دقیقه، روی آن انجام شد. نتایج نشان داد که نورد سرد شدید موجب بهبود جزیی خواص خوردگی می شود و در نمونه های آنیل شده با یکنواخت تر شدن ریزساختار، برگشت بیشتر فاز مارتنزیت به آستنیت و کاهش اندازه دانه، مقاومت به خوردگی افزایش می یابد. نمونه های آنیل شده در دمای 850 درجه سانتی گراد با مقاومت پلاریزاسیون (kΩ.cm2) 8/200 و دمای 1050 درجه سانتی گراد با مقاومت پلاریزاسیون (Ω.cm2) 3/800 به ترتیب دارای بیشترین و کمترین مقاومت به خوردگی در مقایسه با سایر نمونه ها بودند.
کلیدواژگان: ریزساختار، فولاد، فرایند ترمومکانیکی، خوردگی -
صفحات 83-109
در این پژوهش، با استفاده از فرایند نورد تجمعی بر ورق های آلومینیوم خالص و ورق های حاوی پوشش اکسیداسیون پلاسمای الکترولیتی (PEO) کامپوزیت آلومینیوم- آلومینا ساخته شد. بدین منظور پوشش با سه ضخامت 10، 20 و 40 میکرون ایجاد شده توسط جریان های تک قطبی و دوقطبی و جرقه زنی نرم استفاده شد. نتایج آزمون های مکانیکی بیانگر بیشترین استحکام کششی در کامپوزیت با 3/22 درصد حجمی آلومینا بود. برای بررسی اثر مسیر کرنش، دو فرایند نورد تجمعی متداول و متقاطع روی نمونه ها انجام شد. بررسی های میکروسکوپی و نتایج آزمون های مکانیکی توزیع یکنواخت تر ذرات تقویت کننده در فرایند نورد تجمعی متقاطع و درنتیجه برتری خواص مکانیکی در این روش را نشان داد. درنهایت نیز خواص مکانیکی کامپوزیت های ساخته شده با استفاده از پوشش های حاوی ذرات ZnO بررسی شد که نشان دهنده افزایش استحکام کششی و درصد ازدیاد طول همراه با اضافه کردن نانوذرات اکسید روی به الکترولیت پوشش دهی بود. در قسمت دوم این پژوهش با استفاده از روش بخش بندی های پیاپی یک مدل واقعی از ساختار کامپوزیت Al /3.22 vol% Al2O3 پس از پنج دوره فرایند نورد تجمعی متقاطع ایجاد شد و سپس با استفاده از نرم افزار آباکوس مدل تحت نیروی کششی قرار گرفت.
کلیدواژگان: کامپوزیت زمینه فلزی، نورد تجمعی، پوشش اکسیداسیون پلاسمای الکترولیتی، مدل سازی سه بعدی -
صفحات 111-126
نانوذرات هگزافریت استرانسیوم گونه M جانشانی شده با لانتانیوم و مس (SrFe12-xCuxO19م-Sr1-xLaxFe12-xCuxO19) با نسبت های مولی (0/5-0/4-0/3-0/2-0/1 =x) به روش سل- ژل خوداحتراقی تهیه شدند. نخست ژلی از نیترات های فلزی با نسبت های مولی بالا تهیه و پودر حاصل در دمای 950 درجه سانتی گراد پخت شد. ویژگی های ساختاری و ریخت نمونه ها با پراش سنج پرتوی ایکس و میکروسکوپ الکترونی روبشی بررسی شدند. همچنین، از دستگاه مغناطیس سنج نمونه ارتعاشی برای بررسی ویژگی های مغناطیسی بهره گرفته شد. تصاویر میکروسکوپی نشان داد که نانوذرات میانگین اندازه ای حدود 100 نانومتر داشتند. نتایج حاصل از آزمون پراش سنجی پرتوی ایکس نشان داد نمونه Sr1-xLaxFe12-xCuxO19 تک فاز بوده و به نظر می رسد یون های +Cu2 در جایگاه های بلوری ساختار SrFe12O19 جانشین یون های +Fe3 شده اند. نتایج نشان دادند ثابت شبکه (a) با افزایش مقدار آلایش مس، تقریبا ثابت مانده است؛ درحالی که مقدار ثابت شبکه (c) با افزایش x، کاهش می یابد. منحنی پسماند مغناطیسی نشان داد با افزودن لانتانیوم، مغناطش اشباع و همچنین نیروی وادارندگی افزایش می یابد که این به علت تغییر توزیع یون ها و ناهمسانگردی شکلی نانوذرات است. این تغییرات چشمگیر در ویژگی های مغناطیسی نمونه در اثر جایگزینی یون ها دیده شد. بیشترین میزان مغناطش اشباع (emu/g 73/52) و کمترین نیروی پسماندزدا (Oeم1230) مربوط به نمونه با ترکیب های Sr0.9La0.1Fe11.9Cu0.1O19 و SrFe11.5Cu0.5O19 به ترتیب برای x های 0/1 و 0/5 بود.
کلیدواژگان: هگزافریت استرانسیوم، سل- ژل، ویژگی های مغناطیسی، آلایش -
صفحات 127-140
نانولوله های کربنی دارای ناخالصی هایی بوده و یکی از روش های خالص سازی آنها، آمورف زدایی است. در این پژوهش برای اولین بار از محلول پیرانا با نسبت 1:3 (30 میلی لیتر سولفوریک اسید + 10 میلی لیتر هیدروژن پراکسید) با زمان فرآوری 30 دقیقه و مایکروویو به منظور آمورف زدایی از آرایه نانولوله کربنی آمورف دار استفاده شد. از امواج فراصوت به منظور پراکندگی نانولوله های کربنی اولیه و آمورف زدایی شده در آب و از سانتریفیوژ برای جداسازی ذرات درشت استفاده شد. برای بررسی آمورف زدایی، روش های جدیدی مانند درصد پراکنش یافته و درصد سرباره بررسی شد. مشخص شد با افزایش زمان فراصوت از صفر تا 50 دقیقه، درصد پراکنش یافته آرایه فرآوری شده بیشتر (حدود 47 درصد) و درصد سرباره آرایه خالص کمتر (حدود 20 درصد) می شود. این نتایج به کاهش آمورف مربوط می شود. با انجام آزمون توزین حرارتی، مشخص شد که نتایج حاصل از آزمون با نتایج حاصل از روش های تعیین درصد پراکنش یافته و سرباره توافق دارند.
کلیدواژگان: آرایه نانولوله کربنی، آمورف، پیرانا، مایکروویو، آمورف زدایی
-
Pages 1-11
A new method has been presented for the synthesis of copper (Cu)/copper oxide (CuO)-nanoparticles (NPs), based on the process of corrosion and oxidation of Cu-NPs on the surface of the gold electrode by nitric acid. Cu-NPs were deposited on the surface using potentiometric method. The high concentration of Cu-NPs was estimated by Differential Pulse Voltammetry (DPV). The process of growth and distribution of CuO-NPs on the surface of Cu-NPs using structural analysis of Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) and X-ray diffraction (XRD) showed that nitrate was well absorbed and a sharp hydroxyl peak appeared and a phase of CuO NPs formed on the electrode surface. The surface morphology indicated that the average size reduced from about 150 nm to 50 nm in the presence of nitrate. This can be due to the oxidation of Cu nanoparticles on the surface and reduction of particle size compared to the absence of nitric acid. This simple and low-cost method can be used as a surface modification of antibacterial and active catalyst electrodes.
Keywords: Copper nanoparticles, Nitric acid, Electrochemical, Surface morphology, Oxidation -
Pages 13-30
The aim of this study was to investigate the behavior of hot deformation and occurrence of restoration phenomena during the deformation of AISI H10 hot work tool steel. For this purpose, hot tensile test was performed on the steel in the temperature range of 900-1150 ºC with a temperature interval of 50 ºC and at a constant strain rate of 0.1s-1. The microstructures were examined and the curves of hot flow and ductility were drawn. According to the curves and microstructures, ductility was lower at temperatures of 900 ºC and 950 ºC due to inactivity of repair processes and the presence of carbides. Ductility increased in the temperature range of 1000-1100 ºC due to the occurrence of dynamic recrystallization. Finally, ductility decreased in the temperature of 1150 ºC due to the dissolution of carbide particles and grain growth. The results obtained from hot tensile test and microstructural studies at a constant strain rate of 0.1s-1 revealed that the appropriate temperature range for deformation of AISI H10 hot work tool steel was 1000-1100 ºC.
Keywords: AISI H10 hot work tool steel, Hot tensile test, Ductility, Microstructural developments, Dynamic recrystallization -
Pages 31-45
The aim of this study was optimization of the annealing process in melt spun Nd2Fe14B intermetallic magnetic alloy. In this regard, the melt spinning process was done at wheel speed of 40 m.s-1. In order to achieving the desired microstructure, the as-spun ribbons were subsequently annealed at temperature range of 500 to 700 ºC for different periods of time. Structural and magnetic characterization of produced samples were performed by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and vibrating sample magnetometer (VSM). The results showed that the structure of as-spun ribbons at wheel speed of 40m.s-1 was composed of Fe-α, Nd2Fe14B and amorphous phases with the coercivity and saturation of magnetization in the range of 0.14 kOe and 120 emu/g, respectively. By annealing the produced ribbons and crystallization of the amorphous phase, the percentage of Fe-α and Nd2Fe14B was decreased and increased, respectively. The optimum annealing conditions for achieving the highest value of coercivity (about 9.2 kOe) was 600°C for 6h.
Keywords: Nanomagnet, Melt spinning, Annealing, Intermetallic -
Pages 47-64
In this research, the influence of titanium dioxide nanoparticles on the structural and magnetic properties of high-temperature superconductor Bi1.6Pb0.4Sr2Ca2Cu3O10+θ (Bi-2223) from the Bi-based ceramic system (BSCCO) was studied. In order to investigate the synthesized samples, X-ray diffractometry and magnetic measurements were performed. Based on the magnetic measurements, the superconductivity transition temperature declined with the increase in the nanoparticleschr('39') content. The addition of nanoparticles affected on the hysteresis loop width. Accordingly, the compound containing 0.2 wt.% nanoparticles had the maximum magnetization, hysteresis loop width, and critical current density.
Keywords: Bi-2223 superconductor, Titanium dioxide, Hysteresis loop, Magnetic susceptibility -
Pages 65-82
In this study, microstructural changes in the thermomechanical processing and its effect on the corrosion behavior of 321 austenitic stainless steel were investigated. EDS analysis and optical microscopy were used to identify precipitates and microstructure, respectively. To evaluate the corrosion properties, potentiodynamic polarization test and electrochemical impedance spectroscopy were performed. First, the as-received sample was subjected to cold rolling with a 90% thickness reduction at liquid nitrogen temperature, and then annealing was performed at temperatures of 750, 850, and 1050 °C for 10 min. The results showed that severe cold rolling slightly improved the corrosion properties and in annealed samples, the corrosion resistance increased with more uniform microstructure, more reversion of martensite phase to austenite, and reduction of grain size. Annealed samples at 850 °C and 1050 °C with polarization resistance values of 8.200 kΩ.cm2 and 3.800 kΩ.cm2 depicted the highest and lowest corrosion resistance compared to other samples, respectively.
Keywords: Microstructure, Steel, Thermomechanical processing, Corrosion -
Pages 83-109
In this study, Al/Al2O3 composite was produced by accumulative roll bonding (ARB) process coupled with the plasma electrolytic oxidation (PEO) process. The alumina was grown on Al sheets by electrolyte technique with three different thicknesses (10, 20, and 40 µm). The results showed that incorporation of alumina up to 3.22 vol.% in aluminum matrix enhanced the yield and tensile strength of the composite, whereas increasing the amount of alumina up to 6.25 vol.% deteriorated the tensile properties. In the last part, a serial sectioning process was employed to develop a three-dimensional (3D) representation of the microstructure of Al2O3 particles reinforced Al composite for visualization and finite-element modeling (FEM).
Keywords: Metal Matrix Composites, Accumulative Roll Bonding, Plasma Electrolytic Oxidation, Modelling -
Pages 111-126
Strontium hexaferrite M-type nanoparticles doped with La and Cu (SrFe12-xCuxO19-Sr1-xLaxFe12-xCuxO19) with different mole fractions (x=0.1-0.2-0.3-0.4-0.5) synthesized by self-combustion sol-gel technique. Firstly, a gel of metal nitrates with the above-mentioned mole fractions were fabricated and the obtained powder was cured at 950°C. Microstructural properties and the morphology of the compounds were investigated by employing X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM). Also, in order to investigate the magnetic properties, Vibrating Sample Magnetometer (VSM) was used. SEM images revealed that the particles had an average size of about 100 nm. Cu2+ ions were substituted with Fe3+ ions within the crystalline sites of SrFe12O19 structure. It was shown that the lattice parameter (a) remained approximately unchanged with an increase in Cu-dopped while the lattice parameter (c) decreased with increasing the mole fraction (x). By using VSM hysteresis diagrams, it was observed that the saturated magnetization and coercive force increased with the addition of La; this was attributed to the variation in the distribution of ions and the shape anisotropy of the nanoparticles. These significant changes in the magnetic properties were for the sample with the composition of Sr1-xLaxFe12-xCuxO19 and SrFe12-xCuxO19, for the x=0.1 and x=0.5, respectively.
Keywords: Strontium Hexaferrite, Sol-gel, Magnetic Properties, Doped elements -
Pages 127-140
Carbon nanotubes contain impurities and deamorphization is one of the methods of their purification. In this study, for the first time, a solution of piranha with a ratio of 3:1 (30 ml sulfuric acid + 10 ml hydrogen peroxide) as well as microwave irradiation with processing time of 30 minutes were used to remove amorphous carbon from the nanotube arrays. Ultrasonication was performed to disperse pristine and purified carbon nanotubes in water and centrifugation was performed to separate large particles. To assess the removal of amorphous carbon, new characterization methods such as dispersed percent and floating percent were used. It was observed that with increase in the ultrasonication time (from 0 to 50 minutes), the dispersed percentage of treated arrays was increased (about 47%), while the floating percentage of pure array decreased (about 20%). These results are ascribed to the removal of amorphous carbon. The results of the thermo gravimetric analysis (TGA) were in good agreement with the results obtained from the newly proposed characterization methods.
Keywords: Carbon nanotube array, Amorphous, Piranha, Microwave, Removal of amorphous carbon
©2000-2024 magiran.com All Rights Reserved.