فهرست مطالب

فرآیندهای نوین در مهندسی مواد - پیاپی 60 (بهار 1401)

نشریه فرآیندهای نوین در مهندسی مواد
پیاپی 60 (بهار 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/03/01
  • تعداد عناوین: 7
|
  • سعید جبارزارع، حمیدرضا بخششی راد، امیرعباس نوربخش*، تهمینه احمدی صفحات 1-10

    یک روش برای تولید نانوبیوکامپوزیت Mg-3Zn-1Mn روش متالورژی پودر می باشد. پس از تهیه آلیاژ به روش آسیاب کاری، استحکام دهی طی فرآیند تف جوشی انجام می گیرد. شرط حصول به استحکام و بالطبع مقاومت خوردگی بالای نمونه های تف جوش داده شده توزیع یکنواخت عناصر روی و منگنز در زمینه منیزیم و کاهش حداکثری اندازه ذرات برای افزایش سطح می باشد. در این تحقیق تحت شرایط معین، فرآیند آسیاب کاری برای تولید این نانوکامپوزیت انجام گرفته است. بررسی نتایج XRD برای نمونه ها بیانگر زمان بهینه آسیاب کاری 25 ساعت می باشد. در این زمان اندازه دانه ها 27 میکرومتر و اندازه کریستالیت ها 24 نانومتر محاسبه گردید. بررسی نتایج XRD،XRF،TEM،HR-TEM،SEM و FE-SEM برای نمونه ها بیانگر توزیع یکنواخت ذرات روی و منگنز در زمینه منیزیم و تاییدکننده کاهش اندازه ذرات در حد نانو و شکل کروی برای محصول نانوبیوکامپوزیت می باشد.

    کلیدواژگان: نانوکامپوزیت منیزیم، آسیاب کاری، روی، منگنز
  • امیرحسین مغنیان*، مجید راز، فتح الله مضطرزاده صفحات 11-26
    در این تحقیق داربست های زیست تقلیدی به منظور مطالعه روند تشکیل رسوب های کلسیم فسفاتی با استفاده از مکانیزم نفوذ دوسویه داخل هیدروژل ژلاتین و شرایط دما و pH مشابه بدن طراحی شد و تاثیر یون های فلزی منیزیم و استرانسیوم بر روی خواص آن ها مورد بررسی قرار گرفت. 5 نوع نمونه با اعمال تغییر در نسبت یون های منیزیم و استرانسیوم انتخاب شد و تغییرات فازی در حضور یون های موجود در محلول شبیه سازی شده بدن (SBF) بررسی شد. نفوذ یون های کلسیم و فسفات به داخل هیدروژل سبب تشکیل رسوب سفید رنگ لایه ای داخل آن شد و نمونه ها توسط روش خشک سازی انجمادی به صورت داربست های متخلخل درآمدند. ریزساختار داربست های موردنظر توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) موردبررسی قرار گرفت که سطحی متخلخل را نشان داد. آنالیز رسو ب های تشکیل شده در نمونه های مورد مطالعه نشانگر حضور هیدروکسی آپاتایت و براشیت بود. نتایج طیف سنجی تبدیل فوریه فروسرخ (FTIR) حاکی از وجود پیوند های فسفات و هیدروکسیل ساختاری در ساختار داربست ها بود. حضور یون های فلزی در ساختار سبب جابجایی پیک های آزمون پراش پرتوایکس (XRD) و تغییر پارامترهای شبکه ای شد. نتایج کشت سلول های استخوانی نیز بیانگر زیست سازگاری بالای نمونه های حاوی منیزیم و استرانسیم با سلول استیوبلاست 292G بود و همچنین فعالیت فسفات قلیایی (ALP) نشان داد که مقدار بهینه 10 درصد مولی منیزیم و استرانسیوم (M10 و S10) به طور قابل ملاحظه ای (01/0p**<، 001/0p***<) منجر به رشد، تکثیر و تمایز سلول های استخوانی در داربست ها و در ساختار کلسیم فسفاتی سبب بهبود خواص زیستی نمونه ها می شود. در نهایت نتایج حاصله از آزمون های مختلف بر قابلیت بالای داربست ساخته شده به عنوان جایگزین بافت استخوان دلالت دارد.
    کلیدواژگان: داربست، زیست تقلیدی، استرانسیوم، منیزیم، سلول استئوبلاست 292G
  • میثم مکاریان، الهام عامری* صفحات 27-41
    نانوذره سرامیکی سیلیسیم کاربید (SiC) در روغن پایه به منظور بررسی خواص اصطکاک و سایش در مبحث تریبولوژیکی مورد بررسی قرار گرفت. نانو ذرات در درصدهای وزنی 0.25، 0.5، 1 و 5 به روغن پایه اضافه شد. جهت افزایش پایداری نانوذره SiC در روغن پایه از اولییک اسید جهت اصلاح سطح استفاده شد و برای مشخصه یابی از دستگاه های میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (FESEM)، پراش پرتوایکس (XRD) و طیف سنج مادون قرمز با تبدیل فوریه (FTIR) استفاده شد. این بررسی برای روغن پایه SN500HVI از شرکت نفت سپاهان ایران انجام شد. آزمون های سایش و اصطکاک روی مخلوط نانوذره و روغن SN500HVI صورت پذیرفت. اثرات تریبولوژیکی روغن پایه/ نانوذره با استفاده از آزمون آزمایشگاهی پین روی دیسک مطابق با روش استاندارد آزمون ASTM G99 بررسی شد. بر اساس نتایج به دست آمده از XRD میانگین اندازه نانو ذرات اصلاح سطح شده کمتر از 30 نانومتر به دست آمد. مخلوط روغن پایه/ نانوذره با غلظت های 25/0، 5/0 و 1 درصد وزنی به ترتیب موجب کاهش 26%، 15% و 4% در ضریب اصطکاک شد. این رفتار تریبولوژیکی ناشی از نشستن و چسبیدن نانو ذرات روی سطوح درگیر سایش می باشد. همچنین توپوگرافی سطوح فرسایش یافته با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی (FESEM) آنالیز شد. نتایج نشان دادند که نانوذره SiC با توجه به مناسب بودن خواص فیزیکی همچون سختی مناسب، شکل کروی و سطح ویژه بالا می تواند افزودنی موثری جهت بالا بردن کیفیت روغن روانکار در بحث کاهش اصطکاک و سایش به شمار آید.
    کلیدواژگان: نانوذره، سرامیک، سیلیسیم کاربید، تریبولوژی، روغن روانکار
  • بهزاد قاسمی*، ضیاء والفی، سعید تقی رمضانی صفحات 43-61
    در این پژوهش خواص پوشش اعمال شده توسط فرایند پاشش پلاسمایی معمولی و با دوش گاز خنثی بررسی و مقایسه شد، بدین صورت که قطعه دوش به تفنگ پلاسما الحاق گردید تا با خروج گاز خنثی نیتروژن از دوش، جت پلاسما را در برابر ورود اکسیژن اتمسفر حفاظت نماید. مشخصه یابی ریزساختاری پوشش ها با استفاده از میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی مجهز به طیف سنج پراش انرژی انجام شد. سختی پوشش ها نیز به روش ویکرز و تحت نیروی 30 گرم اندازه گیری شد. آزمون های اکسیداسیون هم دما و شوک حرارتی به ترتیب در دماهای 1000 و ºC 950 انجام گرفتند. نتایج حاصل بعد از پاشش نشان می دهند که استفاده از گاز محافظ نیتروژن مفید بوده و پوشش حاصل با استفاده از دوش نیتروژن دارای اکسید و تخلخل کمتر (میزان 5 درصد) و ساختار همگن تری است. نتایج مربوط به اکسیداسیون هم دما نشان داد سرعت رشد لایه TGO در نمونه پاشش شده با دوش نیتروژن کمتر است. آزمون شوک حرارتی نشان داد که نمونه پاشش شده با دوش نیتروژن به واسطه رشد لایه لایه و منظم TGO و همچنین میزان اکسید و تخلخل کمتر نسبت به نمونه پاشش شده بدون دوش نیتروژن، از مقاومت بیشتری برخوردار است. همچنین ریزسختی پوشش پاشش شده بدون دوش نیتروژن میزان 35 ویکرز بیشتر از پوشش ایجادشده با دوش نیتروژن است.
    کلیدواژگان: پوشش تک لایه CoNiCrAlY، پاشش پلاسمایی اتمسفری، پاشش پلاسمایی با دوش گاز خنثی، اکسیداسیون هم دما، شوک حرارتی
  • علی ملازاده کشکوئی، محمود شریفی تبار*، مهدی شفیعی آفارانی صفحات 63-75
    در این پژوهش به ساخت دیواره فولاد زنگ نزن دوفازی توسط فرآیند تولید افزودنی مبتنی بر سیم و قوس و بررسی ساختار، ریزساختار، خواص مکانیکی و خوردگی آن پرداخته شده است. نتایج آنالیز پراش اشعه ایکس وجود فازهای فریت و آستنیت در ساختار را نشان داد. بررسی های ریزساختاری نشان دهنده توزیع غیریکنواخت فازهای فریت و آستنیت در ریزساختار نمونه پس از تولید بود. جهت بررسی خواص مکانیکی دیواره از آزمون کشش و آزمون میکروسختی در مناطق مختلف دیواره استفاده شد. بر اساس نتایج این آزمون ها، مقدار میانگین استحکام تسلیم و استحکام کششی در راستای جوشکاری به ترتیب در حدود 7/2 و 5/5 درصد بیشتر و مقدار قابلیت تغییر طول در حدود 5/4 درصد کمتر از راستای رسوب گذاری بود. عملیات حرارتی پس از تولید در دمای 1000 درجه سلسیوس به مدت 30 دقیقه موجب ریز شدن دانه های فریت و آستنیت، هم محور شدن ساختار، افزایش درصد آستنیت و بهبود میزان سختی ویکرز از مقدار میانگین 318 به 376 شد. سطح شکست تمامی نمونه ها حاکی از مکانیزم شکست نرم بود. نتایج آزمون خوردگی نشان داد که عملیات حرارتی موجب افزایش مقاومت به خوردگی فولاد شد.
    کلیدواژگان: تولید افزودنی، فولاد زنگ نزن دوفازی، عملیات حرارتی، ریزساختار
  • فرشید مهدوی، بابک هاشمی* صفحات 77-92
    در این پژوهش ابتدا با استفاده از روش همرسوبی و با اضافه کردن روی به فریت آهن در مقادیر مختلف نانوذرات فریت روی سنتز گردید. سپس نانوذرات سنتز شده با استفاده از اولییک اسید و پلی اتیلن گلایکول عامل دار شده و با استفاده از سه سیال آب، روغن موتور و اتیلن گلایکول فرو سیال های متفاوت تهیه شد و خواص مغناطیسی و ریولوژیکی آن ها با یکدیگر مقایسه گردید. برای بررسی ساختاری و مورفولوژی ذرات سنتز شده از آنالیز اشعه ایکس و میکروسکوپ الکترونی روبشی استفاده شد. خواص مغناطیسی نانو ذرات و فروسیال ها با استفاده از مغناطیس سنج نمونه ارتعاشی (VSM) اندازه گیری گردید. پیوند بین سطح ذرات و ترکیبات پایدارکننده سطحی به کمک روش طیف سنج مادون قرمز (FTIR) و پایداری سیال ها و ریولوژی آن ها به ترتیب به روش رسوب گذاری و ریومتر بررسی شدند. نتایج تحقیق نشان داد توزیع مجدد کاتیون های آهن و روی در مکان های چهار وجهی و هشت وجهی می تواند به طور قابل ملاحظه ای باعث تغییر و افزایش مغناطش اشباع1 شود. مغناطش اشباع نانوذرات فریت روی سنتز شده نسبت به فریت آهن (Fe3O4) 57 درصد افزایش را نشان دادند. نانوذرات دارای اندازه میانگین 35 نانومتر بودند. فروسیال های با پایه روغن موتور و نانوذرات عامل دار شده توسط اولییک اسید بیشترین پایداری و مقدار مغناطش اشباع را داشتند و در نتیجه برای بررسی خواص ریولوژیکی مورد استفاده قرار گرفتند. فرو سیال های مورد بررسی دارای رفتار غیر نیوتنی بودند و بیشترین تغییر رفتار از حالت نیوتنی مربوط به سیال با 15 درصد حجمی از نانوذرات بود.
    کلیدواژگان: رئولوژی، فروسیال، فریت روی، همرسوبی، مغناطیس
  • علیرضا افشاری، محمدرضا کلایی، مهدی مقری* صفحات 93-104

    هدف از مقاله حاضر بررسی مورفولوژی و خواص مکانیکی آلیاژهای پلی وینیل کلراید (PVC) حاوی نانو ذرات آکریلونیتریل بوتادی ان رابر (NBR) که در اکسترودر دو پیچ ناهمسوگرد تهیه شده اند، می باشد. اثرات درصد نانو ذرات، دما، زمان و شدت اختلاط بر روی خواص مذکور به کمک روش طراحی آزمون مطالعه شدند. با در نظر گرفتن بیشینه چقرمگی آلیاژها به عنوان حالت بهینه، شرایط فرآیندی و همچنین ترکیب درصد مناسب با استفاده از طراحی آزمایش تاگوچی تعیین شدند. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) مورفولوژی ماتریس-قطرات پراکنده را نشان داد. پخش و توزیع مناسب و یکنواخت ذرات لاستیکی نیتریل رابر در درون ماتریس PVC مشاهده شد که دلیل آن سازگاری مناسب بین ذرات لاستیک و ماتریس اطراف آن است. مشاهده شد که قطرات پراکنده به صورت ذرات کروی و همچنین ذرات کشیده شده در درون ماتریس PVC حضور دارند. نتایج تجربی در کنار داده های طراحی آزمایش نشان داد که حالت بهینه کرنش شکست و چقرمگی مربوط به حالتی است که دمای اختلاط در حدود 180 درجه سانتی گراد، زمان اختلاط 6 دقیقه، سرعت اختلاط در حدود rpm 70 و درصد نانو ذرات برابر با 2 درصد وزنی باشند. آنالیز واریانس نشان داد بیشترین اثر بر روی مدول مربوط به درصد ذرات NBR است در حالی که کمترین سهم مربوط به زمان اختلاط است. سپس دمای اختلاط بالاترین سهم را دارد. برهمکنش بین فاکتورهای مختلف و اثر آن ها بر روی مدول کششی نشان داد که بیشترین شاخص برهمکنش مربوط به دمای اختلاط با زمان اختلاط و کمترین آن زمان و درصد NBR است.

    کلیدواژگان: پلی وینیل کلراید، نانو ذره نیتریل رابر، مورفولوژی، خواص مکانیکی، چقرمگی، طراحی آزمایش
|
  • Saeid Jabbarzare, HamidReza Bakhsheshi Rad, Amirabbas Nourbakhsh *, Tahmine Ahmadi Pages 1-10

    One approach for the preparation of Mg-3Zn-1Mn nanobiocomposite is powder metallurgy. After preparing the alloy by the milling process, hardening is conducted during the sintering process. The condition for obtaining high strength and corrosion resistance of as-sintered specimens is the uniform distribution of zinc and manganese elements in the magnesium matrix and the maximum particle size reduction to increase the surface area. In this research, under certain conditions, the milling process has been conducted to fabricate this nanocomposite. The result of XRD analysis exhibited that the optimal sample is obtained after 25 h milling. At this time, the grain size was 27 μm, and the crystallite size was 24 nm. Evaluation of X-ray diffraction (XRD), X-ray fluorescence (XRF), transmission electron microscopy (TEM), high-resolution transmission electron microscopy (HR-TEM), scanning electron microscopy (SEM), and field emission scanning electron microscopy (FE-SEM) results for samples shows uniform distribution of zinc and manganese particles in the matrix of magnesium and confirms the reduction of particle size with spherical shape for nanobiocomposite specimens.

    Keywords: Magnesium nanocomposite, Milling, Zinc, Manganese
  • Amirhossein Moghanian *, Majid Raz, Fathollah Moztarzadeh Pages 11-26
    In this study, biomimetic scaffolds were designed to study the formation of calcium phosphate deposits by using a double diffusion method into gelatin hydrogel in temperature and pH similar to body conditions. Moreover, the effect of magnesium (Mg) and strontium (Sr) ions on properties was investigated. Five different types of specimens with different Sr and Mg ions percentage were synthesized and then porous scaffolds were prepared by freeze-drying method. The scaffolds microstructures were examined by scanning electron microscopy (SEM), which showed a smooth and needle-shaped surface of specimens. Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) results indicated the presence of phosphate and hydroxyl bonds in the structure of the scaffolds, due to the formation of calcium phosphate phases such as HA. The presence of metal ions in the structure caused the displacement of the peaks in X-ray diffraction (XRD) analysis and lattice parameters. Additionally, osteoblast cell culture results also demonstrated M10 and S10 specimens had proper biocompatibility. Additionally, alkaline phosphate (ALP) activity revealed the optimal amount of 10 mol. % Mg and Sr (M10 and S10), which led to the significantly (**p< 0.01, ***p <0.001) growth, proliferation, and differentiation of 292G osteoblasts cells in scaffolds. Moreover, the presence of calcium phosphate improved the biological properties of the specimens. Finally, the results of various analyses confirmed the high capability of the synthesized scaffold as a promising substitute for bone tissue.
    Keywords: scaffold, Biomimetic, Bone, strontium, Magnesium, G292 Osteoblast cell
  • Meisam Makkarian, Elham Ameri * Pages 27-41
    The effect of silicon carbide (SiC) nanoparticles on the tribological properties of the base oil was investigated by friction and wear tests. SiC nanoparticles were synthesized by sol-gel method and added to the base oil at various weight percentages of (0.25, 0.5, 1 and 5). To increase the stability of SiC nanoparticles in the base oil, the surface was modified using oleic acid. To characterize the morphology of SiC nanoparticles, the FT-IR, FESEM and XRD techniques were applied. This investigation was carried out in the base oil SN500HVI from Sepahan Oil Company, Iran. The friction and wear tests were performed on the mixture of SN500HVI/nanoparticles. The tribological properties of nanoparticles in base oil were investigated using pin on disc test according to ASTM G99 test method. Based on the results obtained by XRD, the average size of SiC was known to be less than 30 nm. The mixture of nanoparticles in base oil with concentrations of 0.25, 0.5 and 1 wt.% led to reduction of friction coefficient by 26%, 15%, and 4%, in comparison to pure base oil, respectively. This tribological behavior was due to adhesiveness of nanoparticles on involving surfaces. Furthermore, the topography of worn surfaces was analyzed using FESEM. The results illustrated that the nanoparticles can be an effective additives to improve the quality of lubricants in terms of reducing the friction and wear due to their proper physical properties such as suitable hardness, spherical shape and high specific surface area.
    Keywords: Nanoparticle, Ceramic, Silicon Carbide, Tribology, Lubricant oil
  • Behzad Ghasemi *, Zia Valefi, Saeid Taghi-Ramezani Pages 43-61
    In this research, the properties of the coating applied by conventional plasma spray and with inert gas shroud has been studied and compared, in the way that nozzle like part attached to plasma gun in order to protect the plasma jet by exiting nitrogen from the nozzle. The Microstructural characterization of the coatings was performed by optical microscope and scanning electron microscope equipped with energy dispersive spectroscope. Hardness of coatings is also measured by Vickers method under the applied load of 30 gram-force. Isothermal oxidation and thermal shock tests are done at 1000 and 950ºC respectively. Post-spray results show that the use of nitrogen gas shroud is useful and coating achieved by nitrogen shroud has less oxide and porosity and has more homogeneous structure. Results from isothermal oxidation show that TGO layer growth rate in the specimen sprayed by nitrogen shroud is less. Thermal shock test shows that the specimen sprayed by nitrogen shroud has more resistance against thermal shock due to layer by layer and regular growth of TGO and having less oxide and porosity in comparison with the same specimen sprayed without nitrogen shroud. Also, the microhardness of sprayed coating without nitrogen shroud was 35 Vikers more than the applied coating with nitrogen shroud.
    Keywords: CoNiCrAlY Single, Layer Coating Atmospheric Plasma Spray Plasma Spray With Inert Gas Shroud Isothermal Oxidation Thermal Shock
  • Ali A. Molazadeh Kashkouie, Mahmood Sharifitabar *, Mahdi Shafiee Afarani Pages 63-75
    The present study deals with the fabrication and investigation of structure, microstructure, mechanical properties and corrosion resistance of 2209 duplex stainless steel parts made by wire arc additive manufacturing method. The formation of ferrite and austenite phases was confirmed by XRD analysis. There was a non-uniform distribution of ferrite and austenite phases in the microstructure of the as-welded microstructure. The tensile and Vickers microhardness tests were employed to evaluate mechanical properties. The results showed that the mean values of yield and tensile strengths were respectively 2.7 and 5.5% higher and the elongation was 4.5% lower in the welding direction than the building direction. Post-processing heat treatment at 1000 °C for 30 min led to the grain refinement of the alloy, the formation of equiaxed microstructure, increase in the austenite volume fraction, and increasing the mean hardness from 318 to 376 HV. The fractography of the tensile test specimens revealed the ductile fracture mode in all samples. Corrosion test results showed that the heat treatment improved the corrosion resistance of the alloy.
    Keywords: Additive Manufacturing, Duplex Stainless Steel, Heat treatment, Microstructure
  • Farshid Mahdavi, Babak Hashemi * Pages 77-92
    In this study, we first synthesized zinc ferrite nanoparticles by using co-precipitation method and adding zinc to iron ferrite in different amounts. Redistribution of Fe and Zn cations in tetrahedral and octahedral locations can significantly alter and increase saturation magnetization. The saturation magnetization of the synthesized ferrite nanoparticles was 57% higher than that of iron ferrite, and the nanoparticles had an average size of 35 nm. The synthesized nanoparticles were then functionalized using oleic acid and polyethylene glycol and three types of stable fluids based on water, engine oil and ethylene glycol were prepared. Optimal Ferro-fluid with the highest stability properties and amount of saturated magnetization was used to investigate the rheological properties. The non-Newtonian behavior of the fluid with different percentages of nanoparticles was investigated and the greatest change in behavior from the Newtonian state was related to the fluid with 15% by volume of nanoparticles.
    Keywords: Coprecipitation, Ferrofluid, rheology, zinc ferrite, magnetic
  • Alireza Afshari, Mohammadreza Kalaee, Mehdi Moghri * Pages 93-104

    The aim of this paper is to study the morphology and mechanical properties of poly(vinyl chloride) (PVC) blends containing acrylonitrile butadiene rubber (NBR) nanoparticles prepared in a counter rotating twin- screw extruder. The effect of nanoparticle’s percent, mixing temperature and time and rotor speed on the properties were studied using the experimental design method. Considering toughness increase of the blends as an optimal state, the process conditions and NBR percent were determined. Scanning electron microscopy (SEM) images showed dispersed matrix-droplet morphology. Uniform distribution of NBR rubber particles was observed within the PVC matrix due to the good compatibility between the rubber particles and the matrix. It was also observed that scattered droplets are present in the spherical form as well as elongated particles within the PVC matrix. Obtained results along with experimental design data showed that the optimal state of break strain and toughness is related to the state with a mixing temperature of about 180 °C, mixing time of 6 minutes, mixing speed of about 70 rpm and a nanoparticle percentage of 2%. The analysis of variance showed that the greatest effect on the modulus was related to the percentage of NBR, while the lowest was related to the mixing time. After that, mixing temperature has the highest share. Interactions between different factors and their effects on tensile modulus showed that the highest intensity of the interaction index is related to the interaction of mixing temperature with mixing time and the lowest is the time and percentage of NBR.

    Keywords: Poly (vinyl chloride), Acrylonitrile Butadiene Rubber, Morphology, Mechanical Properties, Toughness, Design of experiment