فهرست مطالب

مهندسی متالورژی و مواد - سال سی و سوم شماره 1 (پاییز و زمستان 1400)

نشریه مهندسی متالورژی و مواد
سال سی و سوم شماره 1 (پاییز و زمستان 1400)

  • تاریخ انتشار: 1401/02/04
  • تعداد عناوین: 11
|
  • فوآد جاودانه، آرمان صدقی*، فرانک فرهادی نیا صفحات 1-14
    کامپوزیت اپوکسی/الیاف شیشه یکی از انواع کامپوزیت ها است که در سال های اخیر به دلیل خواص خوب و قیمت تمام شده پایین مورد توجه قرار گرفته است. استحکام خمشی نسبتا پایین و احتمال برش بین لایه ای بالا، از مواردی است که کاربرد کامپوزیت اپوکسی/ الیاف شیشه را محدود کرده است. تحقیقات زیادی برای شناسایی روش های بهبود خواص این کامپوزیت و در نتیجه افزایش دامنه کاربردهای آن، به ویژه از طریق ساخت کامپوزیت هیبرید با اضافه کردن ذرات تقویت کننده به زمینه انجام شده است. در این میان نانوذرات رس و نانولوله های کربنی به دلیل عملکرد مناسب در زمینه اپوکسی به عنوان تقویت کننده، مورد توجه قرار گرفته اند. افزودن این ذرات هرچند سبب بهبود خواص کامپوزیت شده اما عموما روش های تولید پیشنهادی، سبب افزایش هزینه تولید این کامپوزیت شده و این تحقیقات، عملا نتیجه ای درخور برای صنعت به همراه نداشته اند. در این تحقیق نانورس و نانولوله کربنی به وسیله روش اختلاط مکانیکی با هم زن مکانیکی ساده با سرعت rpm 400-300 به زمینه اپوکسی اضافه شده و تغییرات استحکام خمشی و برشی بین لایه ای کامپوزیت های هیبرید و کامپوزیت اپوکسی/ الیاف شیشه، مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان می دهد، افزایش نانوذرات رس به زمینه کامپوزیت سبب افزایش استحکام خمشی می شود و بیشترین میزان افزایش استحکام خمشی حدود 25% و مربوط به نمونه حاوی 0.5% نانورس نسبت به نمونه بدون نانو ذرات رس است. استحکام برشی بین لایه ای نیز با افزودن 2% نانورس به میزان 5% افزایش یافته است. با این وجود افزودن نانولوله کربنی در این روش تولید، تاثیری معکوس بر خواص داشت.
    کلیدواژگان: کامپوزیت هیبرید، اپوکسی، الیاف شیشه، استحکام برشی، برش بین لایه ای، نانو ذرات رس، نانو لوله کربنی
  • داریوش سوری*، سعید محقق نژاد، مهدی قبولی صفحات 15-24
    در پژوهش حاضر، نانوذرات سلنید روی (ZnSe) به روش آبی در pHهای 8، 2/10، 2/11 و 2/12 سنتز شده و توسط تابش امواج مایکروویو در مدت زما ن های تابش صفر و شش دقیقه رشد یافتند. در فرایند سنتز، منابع یون های سلنیم و روی تهیه و در حضور تیوگلیکولیک اسید به عنوان عامل پوششی به هم افزوده شدند. خاصیت آنتی باکتریال این نانوذرات بااستفاده از زیست آزمون انتشار دیسک (در محیط کشت جامد مولر-هینتون- آگار) علیه باکتری های گرم منفی اشریشیا کولی و سودوموناس آیروژینوزا در حجم بارگذاری 140 میکرولیتر از نانوذرات انجام شده است؛ نتایج نشان دادند که به طور کلی با افزایش زمان تابش از صفر به شش دقیقه منطقه مهار رشد باکتری توسط نانوذرات در باکتری سودوموناس آیروژینوزا نسبت به باکتری اشریشیا کولی افزایش یافته است؛ بیشترین فعالیت آنتی باکتریال به حالات 2/11 و 2/10=pH  اختصاص دارد و این نمونه ها را می توان به عنوان مولفه های جدیدی در زمینه کاربردهای نانو زیست- فناوری معرفی نمود.
    کلیدواژگان: باکتری گرم منفی، نانوذرات ZnSe، تابش مایکروویو، روش انتشاردیسک، خاصیت آنتی باکتریال
  • آذین آل صفر، سید محمدحسین میرباقری* صفحات 25-47

    هدف از پژوهش حاضر تهیه استخوان مصنوعی از فوم سلول بسته فلزی با استحکامی نزدیک به استخوان طبیعی است. فوم فلزی از آلیاژ A356 آمریکایی با مقادیری مشخص از فلز مس تهیه شد. با عملیات حرارتی پیرسازی روی این فوم آلومینیم آلیاژی می توان به استحکام های فشاری و جذب انرژی شکست موردنظر طراح، رسید. نتایج آنالیز میکروسکوپ الکترونی نشان داد طی عملیات پیرسازی در دمای 165 درجه سلسیوس و زمان های مختلف 2، 7، 15 و 24 ساعت، ذرات مس حل شده در دیواره های نازک حباب های جامد فوم Al-Si-Cu، توانسته اند با تجزیه مناطق GP غنی از مس، فازهای شبه پایدار و بسیار ریز  و  را ایجاد نمایند. تعداد این فازهای شبه پایدار در واحد سطح، با عملیات پیرسازی افزایش می یابد و سبب بالا رفتن شدید استحکام استخوان مصنوعی می شود. برای صحت سنجی مقادیر استحکام فشاری و مقایسه بااستخوان تازه ساق، نمونه های استخوان مصنوعی در زمان های پیرسازی فوق، تهیه شدند و همراه بااستخوان تازه یک ساق کامل گوسفند، مقاومت به بارگذاری فشاری آن ها در کنار یکدیگر اندازه گیری شد و مورد مقایسه قرار گرفت. نتایج نشان داد که نمونه مربوط به سیکل پیرسازی در دمای 165 درجه سلسیوس به مدت زمان 15 ساعت، به ترتیب دارای استحکام الاستیک و انرژی شکست MPa 31 و MJ/m3 60/13 نزدیک به استحکام استخوان طبیعی، MPa 23 و MJ/m3 00/12 است و با افزایش زمان پیرسازی بیشتر، استحکام مجددا افت می کند.

    کلیدواژگان: فوم آلومینیم سلول بسته، استخوان مصنوعی، آلیاژ Al-Si-Cu، عملیات پیرسازی، استحکام
  • احمد یوسفی پرچین علیا، محمد آزادی*، مهدی مختاری شیرازآیاد صفحات 49-70
    در این مقاله، به بررسی تاثیر دما و زمان پیرسختی در عملیات حرارتی بر سختی و ریزساختار آلیاژ های منیزیم AZ91 و AZ91+1%RE، بااستفاده از تحلیل حساسیت در نرم افزار مینی تب پرداخته شده است. بدین منظور 8 فرایند پیرسختی با دما و زمان های مختلف بر روی آلیاژ های منیزیم AZ91 و AZ91+1%RE انجام شد و سپس نتایج مربوط به سختی برینل و ریزساختار های آن ها با میکروسکوپ نوری با هم مقایسه گردید. بر اساس نتایج تحلیل رگرسیون، تاثیر دمای پیرسختی بر افزایش سختی نسبت به زمان پیرسختی بیش تر بود. از طرفی، پیرسختی در دمای C 215 و زمان 3 ساعت، سختی آلیاژ AZ91 را حدود 57 درصد و پیرسختی در دمای C 215 و زمان 5 ساعت، سختی آلیاژ AZ91+1%RE را حدود 47 درصد افزایش داده است. هم چنین پیرسختی باعث تبدیل شدن بخش زیادی از رسوبات پیوسته به رسوبات سوزنی شکل برروی فاز زمینه آلفا و هم چنین کاهش میزان رسوبات در اطراف فاز Mg17Al12 در ریزساختار هر دو آلیاژ مذکور شده است.
    کلیدواژگان: سختی، دمای پیرسختی، زمان پیرسختی، ریزساختار، آلیاژ منیزیم
  • محمود شریفی تبار*، سحر خواجه محمودی صفحات 71-86
    در این پژوهش اتصال غیر همجنس فولاد کم آلیاژ استحکام بالای 65X به فولاد زنگ نزن آستنیتی 321 با استفاده از فرایند جوشکاری قوسی دستی با دو الکترود 308 و 309 انجام شد. در ادامه، ساختار، ریزساختار، سختی و استحکام کششی اتصالات مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که ساختار هر دو اتصال در ناحیه جوش حاوی فازهای آستنیت و دلتا فریت بود. بررسی-های ریزساختاری نشان داد که درصد فاز فریت در جوش الکترود 309 بالاتر از مقدار این فاز در جوش الکترود 308 بود. در هر دو اتصال یک لایه واسط حاوی فازهای فریت و مارتنزیت در فصل مشرک فلز جوش و فولاد کم آلیاژ استحکام بالای 65X تشکیل شد. نتایج آزمون سختی نشان داد که مقدار سختی فلز جوش دو الکترود 308 و 309 به ترتیب 30 و 38 درصد بیشتر از فولاد کم آلیاژ بود. نتایج آزمون کشش بیانگر آن بود که استحکام کششی جوش تولید شده با الکترود 309 در حدود 5/1 درصد بالاتر از الکترود 308 و مقدار قابلیت تغییر طول 26 درصد کمتر بود. شکست نهایی در تمامی نمونه ها در فصل مشترک فلز جوش و فولاد کم آلیاژ اتفاق افتاد. بررسی سطوح شکست نمونه ها بیانگر ترکیب مکانیزم شکست نرم و ترد در نمونه های آزمون کشش بود.
    کلیدواژگان: فولاد زنگ نزن، فولاد کم آلیاژ استحکام بالا، اتصال غیر همجنس، استحکام، سختی، ریزساختار
  • مرتضی گل محمدی*، هادی نصیری صفحات 87-96
    آب فوق بحرانی به دلیل خواص منحصربه فرد خود محیطی مناسب برای تولید نانوذرات مختلف است. در این تحقیق امکان نشاندن نانوذرات دی اکسید قلع بر روی پایه معدنی بنتونیت در محیط آب فوق بحرانی مورد بررسی قرار گرفته است. فرآیند تولید نانوکامپوزیت بنتونیت-دی اکسید قلع در یک راکتور از جنس فولاد زنگ نزن L316 به حجم 20 میلی لیتر انجام شد. دمای سنتز دمای ºC 480 و مدت زمان آن دو ساعت بود. نانوکامپوزیت تولیدی سپس جهت تایید نشانده شدن نانوذرات دی اکسید قلع بر روی پایه توسط آنالیزهای مختلف نظیر پراش پرتوایکس (XRD)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) مورد ارزیابی قرار گرفت. همچنین سطح ویژه، اندازه و حجم حفرات نانوکامپوزیت نیز با استفاده از آنالیز BET تعیین شد. ظهور پیک های مربوط به دی اکسید قلع در طیف XRD نانوکامپوزیت، موید سنتز موفق نانوذرات بر روی بنتونیت است. نشسته شدن نانوذرات دی اکسید قلع با اندازه کمتر از 15 نانومتر بر روی صفحات بنتونیت با توجه به تصاویر SEM و TEM تایید شد. نانوکامپوزیت تولیدی به دلیل داشتن بنتونیت در ساختار خود دارای سطح ویژه m2/g 36/50 و حجم حفرات cm3/g 13/0 بود که آن را مستعد استفاده به عنوان کاتالیست در واکنش های مختلف می کند.
    کلیدواژگان: آب فوق بحرانی، نانوکامپوزیت، بنتونیت، دی اکسید قلع، مشخصه یابی
  • نرگس جوهری*، فائزه زهری، فاطمه رفعتی صفحات 97-106
    یکی از عوامل مهم در تعیین خواص متنوع نانوذرات، مانند خواص مکانیکی، فیزیکی، نوری، مغناطیسی، الکتریکی و بیولوژیکی، مورفولوژی آن هاست. در این پژوهش، نانو ذرات اکسید روی (ZnO) و اکسید مس (CuO) به روش هم رسوبی با پروتکل های یکسان ساخته شدند. نیترات روی و سولفات مس به ترتیب به عنوان پیش سازه های اکسید روی و اکسید مس انتخاب شدند. ساختار بلوری و فازهای شکل گرفته و مورفولوژی نانوذرات ایجاد شده به ترتیب با پراش پرتو ایکس (XRD) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) مورد ارزیابی قرار گرفتند. بررسی ساختار بلوری، فازهای شکل یافته و مورفولوژی هر دو نانو ذره نشان داد که اکسید روی و اکسید مس بدون هیچ گونه ناخالصی و با مورفورلوژی های متفاوت ساخته شدند. نانو ذرات اکسید روی و اکسید مس بدست آمده به ترتیب ساختارهای کروی-الماسی شکل و سلسله مراتبی گل مانند داشتند که این مورفولوژی های متفاوت ناشی از ساختارهای بلورین متفاوت و برهمکنش های الکترواستاتیکی مختلف بین آنیون ها و سطوح قطبی آن ها مربوط می شود که در نهایت منجر به ساختارهای متفاوت آن ها می شود.
    کلیدواژگان: نانوذرات اکسید روی، نانوذرات اکسید مس، مورفولوژی، مکانیزم
  • سینا مسلمان، سامرند رش احمدی* صفحات 107-124
    به منظور پیش بینی رفتار و خواص مکانیکی نانوکامپوزیت های پلیمری تقویت شده با نانوذرات مختلف مدل های مختلف تحلیلی میکرومکانیکی و ماکرومکانیکی ارایه شده است. نوع، ابعاد و مشخصات مکانیکی ماده پایه و تقویت کننده از جمله مواردی هستند که در مدل های تحلیلی مختلف مورد توجه قرار گرفته اند. در برخی از مدل ها فرض ها و ساده سازی هایی انجام شده که نتیجه آن ارایه روابطی است که پارامترهای کمتری را درگیر می‎ کند. در برخی موارد این ساده سازی ها منجر به عدم دقت در پیش بینی نتایج می شوند. هدف از پژوهش پیش رو مقایسه نتایج آزمایشگاهی با مدل های مطرح شده و بررسی دقت آن ها و در نتیجه ارایه مناسب ترین مدل جهت پیش بینی خواص نانوکامپوزیت های مورد مطالعه است. به این منظور پلیمر پلی متیل متاکریلات (PMMA) به عنوان ماده پایه و نانوذرات TiO2، SiO2 و Al2O3 به عنوان تقویت کننده انتخاب شد. در این مطالعه مدول الاستیسیته مواد در بیشترین حالت به ترتیب حدود 7، 4 و 4 درصد نسبت به نمونه پایه افزایش نشان دادند. نتایج حاصل از آزمایش استخراج گردید و با مدل های تحلیلی مطرح شده مورد مقایسه قرار گرفت. مقایسه ها نشان داد که مدل سه بعدی پن نتایج را با دقت مناسبی نسبت به نتایج آزمایشگاهی برای اکثریت نمونه ها پیش بینی می کند.
    کلیدواژگان: نانوکامپوزیت، خواص مکانیکی، مدل های تحلیلی، نانوذرات، مدول یانگ
  • فرهاد استوان* صفحات 125-144
    در این تحقیق، تاثیر لایه نشانی پوششی دوگانه برروی خواص ریزساختاری و مکانیکی زیرلایه های فولاد A283 مورد مطالعه قرار گرفته است. از دو نوع فلز پر کننده ی مختلف از جنس فولاد زنگ نزن 347 و اینکونل 625 به منظور پوشش دهی با بکارکیری فرایند جوش قوسی تنگستن-گاز1 (GTAW) استفاده شد و به کمک آزمون های میکروسکوپی و مکانیکی خواص روکش حاصل مورد بررسی قرار گرفت. مشاهدات میکروسکوپی نشان داد، در جایی که یک لایه روکش اعمال شد، به دلیل نرخ انجماد بالا، ریزساختار به شکل دندریت های ستونی در آمد. با اعمال لایه دوم، مورفولوژی دندریتی ستونی در لایه اول تغییر یافت و به حالت دندریتهای سوزنی و جزیره ای درآمد. طیف سنجی پراکندگی انرژی پرتو ایکس2 (EDS) حضور رسوبات کاربیدی را در هر دو نوع پوشش تایید کرد. آزمون اسکن خطی نشان داد، تغییرات غلظت شیمیایی عناصر از زیرلایه به سمت پوشش 347 و سپس پوشش 625 با شیب ملایمی صورت گرفت و در مقابل، با بکارگیری آلیاژ 625 برروی زیرلایه و بدون لایه واسط 347، تغییرات غلظت عناصر زیاد بود. نتایج آزمون سختی سنجی و سایش نشان داد که بیشترین میزان سختی و مقاومت به سایش متعلق به روکش اینکونل 625 است. در قیاس با سختی و مقاومت به سایش زیر لایه ی فولاد A283، اعمال روکش اینکونل 625 سبب افزایش سختی در حدود 41% و بهبود مقاومت به سایش تا حدود 5/3 برابر زیر لایه ی فولاد A283 گردید. همچنین اعمال یک لایه روکش 347 برروی زیرلایه سبب بهبود سختی به میزان حدود 18% و مقاومت به سایش تا حدود 7/1 برابر گردید.
    کلیدواژگان: جوشکاری GTAW، فولاد A283، روکشکاری، اینکونل 625، فولاد زنگ نزن 347
  • هادی نصیری*، مرتضی گل محمدی، میلاد قربانزاده صفحات 145-156
    سنتز احتراق محلولی این روش بر واکنش های اکسایش- احیاء مواد اولیه استوار است. در این تحقیق از دو سوخت اوره و گلایسین به منظور سنتز اکسید روی نانو ساختار استفاده شده است. نیترات فلز روی به عنوان یکی از مواد اولیه نقش اکسیدکننده و دو سوخت ذکر شده نقش احیاء کننده را بر عهده دارند. از آنجاییکه این روش در سرعت های بالای حرارت دهی رخ می دهد، به منظور بررسی اثر نوع سوخت مصرفی بر چگونگی تشکیل نانوساختارهای اکسید روی، آزمون توزین حرارتی به همراه گرماسنجی پویشی تفاضلی (TGA-DSC) برای اوره و گلایسین و همچنین نیترات روی در نرخ های 10، 20 و 30 درجه بر دقیقه انجام شد. نتایج این آزمون ها نشان داد که دمای تجزیه نیترات روی و سوخت گلایسین تقریبا در یک محدوه هستند. سپس نانوذرات اکسید روی تولید شده با استفاده از این دو سوخت به کمک آزمون های پراش اشعه ایکس (XRD) مورد بررسی قرار گرفت. نتایج این آزمون، سنتز موفق اکسید روی نانو ساختار را با هر دو سوخت نشان داد. هرچند نتایج نشان داد که نانوذرات تولیدشده با سوخت گلایسین دارای اندازه ریزتری نسبت به نانوذرات تولیدی در حضور اوره هستند. عملکرد بهتر گلایسین در تولید نانوذرات با ابعاد کمتر را می توان به نزدیکی دمای تجزیه نیترات روی و سوخت گلایسین و نقش این همزمانی در جلوگیری از رشد بلور های اکسید روی نسبت داد. در نهایت نانوذرات تولیدی با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و پراش انرژی اشعه ایکس (EDX) مورد بررسی قرار گرفت.
    کلیدواژگان: سنتز احتراقی در محلول، نیترات روی، سوخت، آزمون توزین حرارتی، میکروسکوپ الکترونی روبشی
  • مهلا سرفراز، مصطفی میرجلیلی*، عبدالکریم سجادی، جلیل وحدتی خاکی، حمیدرضا عظیمایی صفحات 157-182

    تولید نانو ذرات NiO-Ni به روش سنتز احتراقی در محلول با دو نوع سوخت مختلف اوره و گلایسین در نسبت های مختلف مولی سوخت به اکسید کننده سنتز شد. با کمک محاسبات ترمودینامیکی دمای آدیاباتیک برای نسبت های مختلف سوخت به اکسید کننده محاسبه شد. سپس محصول نهایی در هر نسبت سوخت به اکسید کننده، با پیش بینی حاصل از محاسبات ترمودینامیکی مورد مقایسه قرار گرفت. اثر دو نوع سوخت مختلف گلایسین و اوره و نیز استفاده هم زمان از هر دو نوع سوخت مورد بررسی قرار گرفت. مشخصه های فیزیکی محصولات تولیدی به کمک آنالیز های XRD، PSA و FESEM ارزیابی شد. در نسبت های سوخت به اکسید کننده ی پایین، محصول نهایی اکسید نیکل در هر دو سوخت گلایسین و اوره بود. با افزایش این نسبت ذرات نیکل در کنار اکسید نیکل تشکیل شد. به طور کلی اندازه ذرات نمونه های سنتز شده با گلایسین کمتر از نمونه های سنتز شده با اوره است. با افزایش نسبت سوخت به اکسید کننده در هر دو نوع سوخت، اندازه ذرات به علت تغییر ترکیب شیمیایی و کاهش دمای آدیاباتیک افزایش می یابد. کم ترین اندازه ذره بدست آمده در نمونه ی سنتز شده با نسبت %75 گلایسین و %25 اوره بدست آمد که مقدار آن برابر 35 نانومتر می رسد. مورفولوژی اکسید نیکل و نیکل در نسبت های مختلف با یک دیگر مورد مقایسه قرار گرفت. ذرات اکسید نیکل به نسبت نیکل ریزتر و دارای تخلخل بیش تری هستند.

    کلیدواژگان: سنتز احتراقی در محلول، نیکل، اکسید نیکل، ترمودینامیک، اوره، گلایسین
|
  • Foad Javdaneh, Arman Sedghi *, Faranak Farhadinia Pages 1-14
    In recent years Epoxy/fiberglass composite due to its good properties and low cost of has attracted much attention. Relatively low flexural and interlaminar shear strength are the two most important weaknesses of this composite, which limit its uses. One way for improving these properties is by increasing particles to the matrix, in other words, producing hybrid composites. Carbon nanotube and nanoparticles of clay, based on their good function in the epoxy matrix as reinforcements have attracted much attention for such purpose. Although, adding these kinds of particles will improve the properties of epoxy/fiberglass composite, but generally will increase its production cost, which is why these researches have had no practical uses for the industry yet. In this study, nanoparticles of clay and carbon nanotube were added to the epoxy matrix by a regular mechanical mixer with a speed of 300-400 rpm, and the flexural strength and the interlaminar shear strength were investigated and compared with the epoxy/fiberglass composite. The results show that increasing the nono clay particles to the matrix increase the flexural strength of the composite. The sample with 0.5 wt. % of nono clay shows the greatest increase in flexural strength, which is about 25 % more than the sample without nanoparticles. The interlaminar shear strength is also increased by about 5%, by adding 2 wt.% of nanoparticles of clay. The addition of carbon nanotubes in this method has a bad effect on properties.
    Keywords: Hybrid composite, Epoxy, Fiberglass, Flexural Strength, interlaminar shear strength, Nano clay, Carbon Nano Tube
  • Dariush Souri *, Saeid Mohaghegh Nejad, Mehdi Ghabooli Pages 15-24
    In the present research, ZnSe nanoparticles were synthesized by aqueous method at pHs of 8, 10.2, 11.2 and 12.2 and were grown by microwave irradiation at the times of 0 and 6 minutes. In the synthesis process, Se and Zn ions sources were added to each other at the presence of thioglycolic acid as capping agent . Antibacterial properties of these nanoparticles have been carried out by using disc diffusion method (in solid Muller-Hinton-Agar culture) against the Escherichia coli and Pseudomonas aeruginosa gram-negative bacteria in the loading volume of 140 µL of nanoparticles. Generally, results showed that by increasing the radiation time from 0 to 6 min, bacterial growth inhibition zone increased for Pseudomonas aeruginosa bacteria in compare with Escherichia coli bacteria; the highest antibacterial activity is devoted to the cases of pH=10.2 and 11.2, and these samples can be introduced as new agents in the field of nano-biotechnology applications.
    Keywords: Gram-negative bacteria, ZnSe nanoparticles, Microwave irradiation, disc-diffusion method, antibacterial property
  • Azin Alesafar, Seyyed MohammadHossein Mirbagheri. * Pages 25-47

    The present study aims to create an artificial bone from metal foam with a strength close to that of natural bone. The metal foam was made of A356 American alloy and a specific amount of Copper. As the aluminum alloy foam undergoes aging, the desired compressive strength and toughness can be achieved. Four aging cycles were conducted with durations of 2, 7, 15, and 24 hours and all under the temperature of 165 Celsius degrees. The results from the electron microscope analysis revealed that Copper particles, which were dissolved in the thin walls of solid bubbles in the Al-Si-Cu foam, were able to create the metastable and very small phases of and by decomposing the Copper-rich GP zones. The number of these metastable phases grows during the aging process and this causes the strength of the artificial bone to increase. To validate the quantities of compressive strength and also to compare them with those of a fresh shin bone, the artificial bone samples were obtained from the aging cycles. These samples, along with a sheep's fresh entire shin bone, were measured and compared in terms of resistance to compressive loading. The results showed that the strength and toughness of the sample which underwent a 15-hour aging cycle (165 Celsius degrees) were 30 MPa and 13.60 MJ/m3, respectively –close to those of a natural bone that equate to 13 MPa and 12.00 MJ/m3. The results also revealed that the sample’s strength declines again as the aging process is further prolonged.

    Keywords: Open cell foam, Compression stress, Fresh bone, ageing, Fracture Energy
  • Ahmad Yousefi Parchin Oliya, Mohammad Azadi *, Mehdi Mokhtari Shirazabad Pages 49-70
    In this article, the effects of the ageing temperature and the ageing time in the heat treatment have been investigated on the hardness and the microstructure of AZ91 and AZ91+1%RE magnesium alloys, using the sensitivity analysis with the Minitab software. For this purpose, 8 ageing treatments with different temperatures and times were performed on AZ91 and AZ91+1%RE magnesium alloys and then, results related to the Brinell hardness and the microstructure of the optical microscopy, were compared. Based on results of the sensitivity analysis, the influence of the ageing temperature on hardness increasing was more than the ageing time. Moreover, ageing at 215°C and 3 hours enhanced the hardness of the AZ91 magnesium alloy about 57% and ageing at 215°C and 5 hours increased the hardness of the AZ91+1%RE magnesium alloy about 47%. In addition, ageing converted a large part of continuous precipitations to needle-shaped precipitations on the alpha phase and also reduced the amount of precipitations around the Mg17Al12 phase in the microstructure of both alloys.
    Keywords: Hardness, Ageing temperature, Ageing time, Microstructure, Magnesium alloy
  • Mahmood Sharifitabar *, Sahar Khajeh Mahmoodi Pages 71-86
    In the present study, a dissimilar joint was established between 321 stainless steel and X65 high-strength low-alloy steel by shielded metal arc welding process using 308 and 309 stainless steel electrodes as filler materials. Then, the structure, microstructure, hardness, and tensile properties of the joints were investigated. Results showed that austenite and delta ferrite phases developed in the structure of the joints. Microstructure characterization confirmed that the volume fraction of delta ferrite in the microstructure of 309 weld metal was higher than the 308 electrode weld metal. A ferritic+martensitic layer was formed at the interface of both weld metals and X65 steel. The hardness of 308 and 309 weld metals was 30% and 38% higher than the low alloy steel base metal, respectively. Tensile test results showed that the strength of the joint set up using 309 electrode was 1.5% higher and its elongation was 26% lower than the joint made by 308 electrode. In all specimens fractured occurred at the interface between the weld metal and the low alloy steel. A mixed ductile-brittle fracture mode was observed on the fracture surface of tensile test specimens.
    Keywords: Stainless steel, High-strength low-alloy steel, Dissimilar joint, strength, Hardness, Microstructure
  • Morteza Golmohammadi *, Hadi Nasiri Pages 87-96
    In this research, the possibility of decorating SnO2 nanoparticles on bentonite as a support in supercritical water environment has been investigated. Synthesis process of bentonite-SnO2 nanocomposite was performed in a reactor made of L316 stainless steel with a volume of 20 ml. The synthesis temperature and the duration was 480 °C and two hours, respectively. The manufactured nanocomposite was evaluated by various analyzes such as X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM) to confirm the immobilization of SnO2 nanoparticles on the support. The specific surface area, size and volume of nanocomposite cavities were determined using BET analysis. The appearance of SnO2 peaks in the XRD spectrum of the nanocomposite confirmed the successful synthesis of nanoparticles on bentonite. The immobilization of SnO2 nanoparticles with a size of less than 15 nm on bentonite plates was confirmed according to SEM and TEM images. The produced nanocomposite possessed a specific surface area of 50.36 m2/g and a pore volume of 0.13 cm/g due to the presence of bentonite in its structure, which makes it suitable for use as a catalyst in various reactions.
    Keywords: Supercritical water, Nanocomposite, bentonite, SnO2, characterization
  • Narges Johari *, Faezeh Zohari, Fatemeh Rafati Pages 97-106
    One of the crucial parameters to tune the various properties of nanoparticles, such as mechanical, physical, optical, magnetical, electrical, and biological properties is their structure and morphologies. In the present study, zinc oxide (ZnO) and cupric oxide (CuO) nanoparticles were synthesized via the co-precipitation method with the same protocols. The phase structures and morphologies of the prepared nanoparticles were investigated using an X-ray diffractometer (XRD) and scanning electron microscopy (SEM), respectively. The obtained results revealed that no additional phase forms during the synthesis of ZnO and CuO nanoparticles. The evaluation of the phase structure and morphologies of the prepared nanoparticles exhibited that ZnO and CuO nanoparticles were shaped in different morphologies. ZnO and CuO nanoparticles were shaped in the spherical-diamond-like and hierarchical flower-like structures due to their various crystallographic structures and electrostatic interaction mechanism between different anions and polar surfaces. Indeed, these behaviors lead to the formation of different morphologies and structures.
    Keywords: Zinc oxide nanoparticles, Cupric oxide nanoparticles, morphology, Mechanism
  • Sina Mosalman, Samrand Rash-Ahmadi * Pages 107-124
    Many theoretical, micromechanical and macro mechanical models have been suggested to predict the treatment of polymer nanocomposites reinforced with different nanoparticles. Type, size and mechanical properties of base matrix and filler are the parameters which have been more important through these models. In some models, some simplifications and assumptions have been applied, so less parameters have been involved at the resultant relation. But sometimes, these simplifications caused inaccuracy in the final results. Aim of this investigation is to compare accuracy of the results of tensile tests with described models, and to suggest the most suitable model that predicts the properties of studying nanocomposite. For this Purpose, poly methyl methacrylate (PMMA) was chosen as the base matrix and TiO2, SiO2 and Al2O3 nanoparticles as reinforcements. Elastic modulus of composites indicated 7, 4 & 4% increasing rather than base material. Results obtained from the tests were compared with theoretical models. The comparisons showed that the Pan’s 3D model predicts the results with a good approximation according to experimental tests for most of samples.
    Keywords: Nanocomposite, Mechanical properties, Analytical models, Nano particles, young modulus
  • Farhad Ostovan * Pages 125-144
    In this research, the effect of double layer cladding on the microstructural and mechanical properties of A283 steel substrates has been studied. In this regard, 347 stainless steel and Inconel 625 were selected as filler rods and GTAW was used for the coating process. Microstructure and mechanical properties of the resulted coating were then examined. Microscopic observations revealed that, due to the high solidification rate, a columnar dendrite microstructure was formed, where a single layer of coating was applied. The columnar dendritic morphology of the first layer was converted to island state and acicular dendrites after applying the second layer. EDS analysis confirmed the presence of carbides in both coating layers. The results of line scan analysis indicated a mild slope in the changes of the chemical concentration of the elements from the substrate to the 347 and then 625 coating layers. On the contrary, a noticeable change in the concentration of the elements was observed by applying a single layer of 625 alloy on the substrate, without the presence of 347 alloy as inter-layer. The results of hardness and wear tests showed that the highest hardness values and wear resistance belonged to the Inconel 625 coating. By applying Inconel 625 coating, hardness values and wear resistance were respectively increased up to ~ 41% and 3.5 times higher, when compared to the same values of A283 steel substrate. Also, applying the 347 coating caused an improvement of hardness and wear resistance to ~ 18% and 1.7 times higher, respectively.
    Keywords: GTAW welding, A283 steel, Coating, Inconel 625, 347 stainless steel
  • Hadi Nasiri *, Morteza Golmohammadi, Milad Ghorbanzadeh Pages 145-156
    Solution Combustion Synthesis (SCS) is based on oxidation and reduction reactions. In this investigation uses two types of fuel (Urea and Glycine). Zinc nitrate acts as oxidizer and fuels as reduction agents. Because SCS occurs at fast heating rates, in the first place DSC-TGA carried out from zinc nitrate in 3 rates of 10, 20 and 30 °C per minute. The results of these tests showed that the decomposition temperatures of zinc nitrate and glycine fuel are almost in the same range. Then the zinc oxide nanoparticles produced using these two fuels were examined using X-ray diffraction (XRD) test. The XRD results showed the prefect synthesis of ZnO in air atmosphere for both fuels. Glycine can synthesis the product better than urea and with more fine-grained structure. The better performance of glycine in the synthesis of nanoparticles with smaller dimensions can be attributed to the proximity of the decomposition temperature of zinc nitrate and glycine fuel and the role of this simultaneity in preventing the growth of zinc oxide crystals. So, the SEM images and EDX analysis are taken form this sample.
    Keywords: Solution Combustion Synthesis, Zinc Nitrate, Fuel, . DSC-TGA, . SEM
  • Mahla Sarfaraz, Mostafa Mirjalili *, Abdolkarim Sajjadi, Jalil Vahdati, HamidReza Azimaee Pages 157-182

    The Ni-NiO powder was produced by solution combustion synthesis with two fuels of urea and glycine and different molar ratios of fuel to the oxidizer. The adiabatic temperatures were calculated for different molar ratios of fuel to the oxidizer. Then, the final products at any molar ratio of fuel to the oxidizer were characterized and compared to those were estimated according to the reactions' stoichiometry. The effect of different fuels, glycine and urea, and using mixed fuels were considered. Characterizations and analyses such as XRD, PSA, and FESEM were carried out to determine the compound and morphology of the products. At lower fuel to oxidizer ratio, the final product was NiO for both fuels (urea and glycine). However, with increasing the molar ratio of fuel to oxidizer, the Ni particles were synthesized adjacent to the NiO particles. Generally, the particle size of powders that were synthesized with glycine was smaller than those of urea. However, with increasing the molar ratio of fuel to oxidizer, the particle size of powders increased because of changing the composition to Ni and decreasing the adiabatic temperature. The smallest particle size was related to the sample synthesized by 75% glycine and 25% urea which was 35 nm. The morphology of Ni and NiO were compared at the different molar ratios of fuel to the oxidizer. The morphology of NiO is finer and contains more porosity.

    Keywords: Solution Combustion Synthesis, Nickel, Nickel Oxide, Thermodynamics, Urea, glycine