فهرست مطالب

فرآیندهای نوین در مهندسی مواد - پیاپی 62 (پاییز 1401)

نشریه فرآیندهای نوین در مهندسی مواد
پیاپی 62 (پاییز 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/09/29
  • تعداد عناوین: 6
|
  • محمدجواد حاج حسینی، علی مختاریان*، مجتبی رحیمی، بهنام مسعودی صفحات 1-12

    در این پژوهش، تاثیر پارامترهای ورودی ماشین کاری تخلیه الکتریکی بر روی نانو کامپوزیت A356 تقویت شده با 5/3% آلومینا (Al2O3)، با رویکرد طراحی آزمایش ها به روش تاگوچی بر مبنای آرایه متعامد L9 و تکنیک سطوح تکراری مورد بررسی و بهینه سازی قرار گرفت. پارامترهای ورودی این آزمایش ها شامل ولتاژ (دو سطحی)، شدت جریان (سه سطحی)، زمان روشنی پالس (سه سطحی) و زمان خاموشی پالس (سه سطحی) در نظر گرفته شد. همچنین، پارامترهای خروجی شامل نرخ براده برداری از قطعه کار، نرخ سایش ابزار ماشین کاری و زبری سطح قطعه کار بودند. تحلیل نتایج و بررسی نمودار های سیگنال به نویز توسط نرم افزار انجام شد. همچنین با تعیین تابع زیان مقادیر نرمال شده کل پارامترهای خروجی بر مبنای ضرایب وزنی فرضی، سطح بهینه مربوط به هر پارامتر ورودی مشخص شد و با انجام آنالیز واریانس، میزان درصد سهم هر یک از پارامترهای ورودی در واریانس کل محاسبه شد. با توجه به نتایج حاصله، تاثیر گذارترین پارامتر ورودی بر روی نرخ براده برداری: زمان خاموشی پالس، بر روی نرخ سایش: ابزار شدت جریان و بر روی زبری سطح: زمان روشنی پالس تعیین شد. علاوه بر این، سطح اول ولتاژ (80 ولت)، سطح اول شدت جریان (10 آمپر)، سطح اول زمان روشنی پالس (35 میکروثانیه) و سطح دوم زمان خاموشی پالس (70 میکروثانیه) به عنوان سطوح بهینه پارامترهای ورودی تعیین شدند. درصد سهم پارامترهای ورودی در واریانس کل نیز برای ولتاژ، شدت جریان، زمان روشنی پالس و زمان خاموشی پالس به ترتیب برابر 98/12، 96/20، 47/5 و 60/60 به دست آمدند.

    کلیدواژگان: ماشین کاری تخلیه الکتریکی، نانو کامپوزیت، تاگوچی، نسبت سیگنال به نویز، آنالیز واریانس
  • سعید تقی رمضانی*، ضیاء والفی صفحات 13-28
    فرآیندهای پاشش حرارتی محلول پیش ماده (SPTS) روشی مناسب جهت تولید پوشش های با ساختار نانو هستند. به واسطه ی عدم رخداد کامل واکنش هایی نظیر تبخیر حلال و پیرولیز پیش ماده، دستیابی به پوشش های با خواص کنترل شده در یک نرخ رسوب دهی رضایت بخش کماکان به عنوان یک چالش مهم در این فرآیندها مطرح است که نیاز به کنترل دقیق پارامترهای پاشش دارد. در این تحقیق، به منظور بررسی تاثیر پارامترهای پاشش شعله ای سرعت بالای محلول پیش ماده از جمله مقدار سوخت و اکسیژن، فاصله پاشش و نرخ تزریق محلول از آزمون پاشش تک اسکن بر روی زیرلایه های شیشه ای استفاده شد. مورفولوژی اسپلت های تشکیل شده و مشخصه های ساختاری با استفاده از میکروسکوپ الکترون روبشی (SEM) بررسی شد. مقایسه ی ساختاری در آزمون پاشش تک اسکن که در دو نسبت سوخت به اکسیژن انجام شد، نشان داد که در پارامتر شعله با فشار اکسیژن bar 6 و سوخت bar 3 در نرخ تزریق محلول پیش مادهcm3/min  20 و فاصله پاششcm  5 به عنوان پارامتر بهینه انتخاب شد. در این پارامتر به دلیل پایین بودن نرخ تزریق محلول و انتقال گرمای بیشتر به ازای هر قطره محلول پیش ماده و تکمیل فرآیندهایی که در نتیجه آن ذوب و کریستالی شدن اتفاق می افتد، تعداد اسپلت ها افزایش یافت. همچنین ارزیابی پاشش تک اسکن در شعله با فشار اکسیژن bar 8 و سوخت bar 4 و فاصله پاششcm  5 نشان داد که نرخ تزریق محلول پیش مادهcm3/min  40 به دلیل افزایش تعداد اسپلت های ریز و به واسطه ی بهبود راندمان پوشش دهی مناسب تر خواهد بود.
    کلیدواژگان: پاشش شعله ای سرعت بالا، پاشش تک اسکن، نیترات آلومینیوم، محلول پیش ماده، آلومینا
  • صادق اسماعیلی، تهمینه احمدی*، حمیدرضا بخششی راد، امیرعباس نوربخش صفحات 29-41

    در این تحقیق تاثیر افزودن گرافن اکساید بر رفتار تربیولوژی پوشش های ایجاد شده به روش فرآیند اکسیداسیون پلاسمای الکترولیتی تحت شرایط ولتاژ ثابت مورد بررسی قرار گرفته است. عملیات پوشش دهی با شکل موج دو قطبی طی مدت 10 دقیقه بر روی سطح آلیاژ منیزیم AZ31 انجام گردید. نتایج نشان داد که مورفولوژی سطح پوشش ها دارای میکرو حفراتی مشهور به ساختار پنکیکی و دهانه آتشفشانی بر روی سطح هستند که قطر آن ها با افزودن گرافن اکساید افزایش یافته است. بررسی فازی پوشش ها نشان داد که پوشش ها از فازهای اکسیدی فورستریت و پریکلاز تشکیل شده اند. مکانیزم سایش نمونه های پوشش داده شده از نوع خراشان بوده است همچنین مقاومت به سایش پوشش حاوی افزودنی گرافن اکساید افزایش یافته به طوری که میانگین ضریب اصطکاک برای نمونه یاد شده 10 برابر نسبت به نمونه بدون پوشش کاهش یافته است که دلیل این امر افزایش سختی می باشد. سختی نمونه حاوی گرافن اکساید حدود 5 برابر نسبت به آلیاژ منیزیم افزایش داشته است. پوشش ایجاد شده بر روی آلیاژ منیزیم می تواند آن را به کاندید مناسبی جهت کاربردهای ارتوپدی تبدیل کند.

    کلیدواژگان: گرافن اکساید، اکسیداسیون پلاسمای الکترولیتی، تخلخل، مقاومت به سایش، سایش خراشان
  • محمد حیدری وینی*، سعید دانشمند، علی جهانگیری صدری صفحات 43-54
    کامپوزیت های زمینه فلزی، کارایی مکانیکی عالی، قابلیت استفاده در دماهای بالا، مقاومت سایش خوب و نرخ خزش پایین دارند. روش ساخت این نوع کامپوزیت ها بسیار حایز اهمیت است. در میان فرآیندهای ساخت، فرآیند گرم نورد تجمعی به عنوان یک روش اعمال تغییر شکل شدید پلاستیک بر روی ورق ها بسیار مورد استفاده قرار می گیرد. در تحقیق حاضر کامپوزیت زمینه آلومینیومی تقویت شده با 5% وزنی ذرات Al2O3 با استفاده از آلیاژ AA1060 به روش نورد تجمعی تا هشت مرحله نورد تولید شد. ریز ساختار و رفتار خوردگی کامپوزیت به وسیله میکروسکوپ الکترونی روبشی، پلاریزاسیون پتانسیودینامیکی و اندازه گیری های طیف نگاری امپدانس الکتروشیمیایی در محلول 5/3 درصد وزنی کلرید سدیم مورد مطالعه قرار گرفت. بررسی ها نشان داد که رفتار خوردگی کامپوزیت، بهبود در پارامترهای اصلی الکتروشیمیایی را به عنوان یک تاثیر مثبت نورد گرم نشان می دهد. با توجه به آزمون پلاریزاسیون پتانسیودینامیکی استنباط می شود که افزایش تعداد دفعات نورد تجمعی (ARB) تا هشت مرحله، سبب کاهش جریان خوردگی و از طرفی باعث کاهش سرعت خوردگی و به عبارت دیگر افزایش مقاومت به خوردگی می شود به طوری که نمونه کامپوزیت تولید شده در 8 پاس کمترین میزان خوردگی و در مقابل آن نمونه آنیل شده دارای بیشترین میزان خوردگی می باشد.
    کلیدواژگان: نورد تجمعی، ذرات آلومینا، کامپوزیت زمینه فلزی، خوردگی، آلیاژ آلومینیوم AA1060
  • مرضیه آزادفلاح، آرمان صدقی*، علی مهدیخانی، هادی حسینی صفحات 55-70
    چهارچوب های آلی-فلزی به دلیل سطح ویژه بالا و مناسب بودن اندازه تخلخل به عنوان مواد الکترودی در ابر خازن ها مورد استفاده قرار گرفتند. بااین حال استفاده از چهارچوب های آلی-فلزی به عنوان مواد الکترودی به تنهایی در ابرخازن ها، هدایت الکتریکی ضعیف، پایداری ناکافی و خواص مکانیکی نامرغوب را در پی داشته و منجر به کاهش کارایی شدند. در مقاله حاضر برای بهبود هدایت الکتریکی و استفاده از سطح ویژه چهارچوب های آلی-فلزی، ترکیب گرافن با چهارچوب های آلی-فلزی نیکل به روش سنتز هیدروترمال تهیه شد و برای جلوگیری از آگلومراسیون، گرافن (مقدار 0، 5/2، 5 و 10 درصد) در حین سنتز افزوده شد. جهت بررسی ساختاری نانوکامپوزیت های حاصل، از آنالیزهای پراش اشعه ایکس (XRD)، طیف سنجی فوریه مادون قرمز (FTIR)، آنالیز تعیین سطح ویژه (BET)، میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) و میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (FESEM) استفاده شد. برای بررسی رفتار ابرخازنی، آزمون های الکتروشیمیایی ولتامتری چرخه ای و امپدانس الکتروشیمیایی و شارژ-دشارژ انجام شد. الکترود ساخته شده از چهارچوب آلی-فلزی بر پایه نیکل در الکترولیت KOH M6، به ترتیب دارای ظرفیت ویژه F/g 660 بود، درحالی که کامپوزیت آن با گرافن دارای ظرفیت F/g 1017 بود. در نتیجه، بهره مندی از خواص هم افزایی کامپوزیت و افزایش هدایت الکتریکی چهارچوب های آلی-فلزی با گرافن، منجر به در دسترس پذیری بیشتر تخلخل ها و افزایش ظرفیت کل ذخیره بار شد.
    کلیدواژگان: ابرخازن نانوکامپوزیت گرافن چهارچوب های آلی، فلزی
  • محمد جزیره پور، احمد پوربافرانی*، زینت میرزایی صفحات 71-79

    در این تحقیق اثر جانشانی کاتیون گادولونیوم بر خواص ساختاری و الکترومغناطیسی ترکیب هگزافریت باریم نوع Z مورد بررسی قرار گرفت. این گروه از ترکیب ها به صورت Ba3Co2-xGdxFe24O41 و به ازای مقادیر جانشانی 0، 1/0، 3/0، 5/0، 8/0 و 2/1 با استفاده از روش آسیاب سر پرانرژی تولید شدند. برای بررسی دمای تشکیل فاز و اثر اندازه ی ذرات بر خواص این ترکیب، از نمونه ی Ba3Co1.6Gd0.4Fe24O41 آنالیزهای پراش پرتوایکس (XRD) و تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) گرفته شد. به منظور بررسی خواص الکترومغناطیسی این ترکیب ها، قسمت های حقیقی و موهومی ضرایب گذردهی الکتریکی و نفوذپذیری مغناطیسی نمونه ها توسط آنالیزگر برداری شبکه (VNA) اندازه گیری شد. با استفاده از این ضرایب، نمودارهای اتلاف بازتابی ترکیبات در محدوده ی فرکانسی GHz 18-1 ترسیم شد. با بررسی نمونه ها از  لحاظ بیشترین میزان شدت جذب و پهنای باند به طور هم زمان؛ در باندهای فرکانسی S و  نمونه ی با  جانشانی  به مقدار 5/0=x، در باند  نمونه ی با 3/0=x، در باند X نمونه ی با 1/0=x  و در باند Ku نمونه ی با 2/1=x  به عنوان نمونه های بهینه انتخاب شدند (GHz 2-1S:، GHz 4-2 : ، GHz 8-4: ، GHz 12-8X: ، GHz 18-12Ku:).

    کلیدواژگان: آسیاب سر پرانرژی، جذب مایکروویو، گذردهی الکتریکی، نفوذپذیری مغناطیسی، هگزافریت باریم نوع Z
|
  • MohammadJavad Hajhosseini, Ali Mokhtarian *, Mojtaba Rahimi, Behnam Masoudi Pages 1-12

    In this research, the effect of input parameters of Electrical Discharge Machining (EDM) on A356 nano-composite reinforced by 3.5% alumina (Al2O3) was examined and optimized by the Taguchi technique based on the L9 orthogonal array and duplicated levels technique. The input parameters of these experiments consisted of voltage (two-level), current intensity (three-level), pulse on-time (three-level), and pulse off-time (three-level). Moreover, the output parameters were comprised of the material removal rate of the workpiece, the tool wear rate of the machining, and the surface roughness of the workpiece. The analysis of the results and investigation of the signal-to-noise graphs (S/N) and variance analysis (ANOVA) were carried out by using software. Also, with the determination of the loss function of total normalized values of the output parameters based on appropriate weight coefficients, the optimum level of each input parameter was identified. Besides, with performing the variance analysis, the magnitude of contribution percentage of each of the input parameters in the total variance was calculated. Based on the obtained results, it was concluded that the most influential parameter on the material removal rate was the pulse off-time, on tool wear rate was the current intensity, and on the surface roughness was the pulse on-time. Furthermore, the first level of the voltage (80 V), the first level of the current intensity (10 A), the first level of the pulse on-time (35 µs), and the second level of the pulse off-time (70 µs) were determined as the optimum input parameters. The contribution percentage of the input parameters in the total variance for voltage, current intensity, pulse on-time, and pulse off-time was found to be 12.98, 20.96, 5.47, and 60.60, respectively.

    Keywords: Electrical Discharge Machining Nano, Composite Taguchi Technique Signal to Noise Ratio Variance Analysis
  • Saeid Taghi-Ramezani *, Zia Valefi Pages 13-28
    Solution precursor thermal Spraying (SPTS) processes are suitable methods for producing nano-structured coatings. Due to the uncompleted reactions such as solvent evaporation and pyrolysis of the precursor, achieving coatings with controlled properties at a satisfactory precipitation rate remains an important challenge in these processes that needs to precise control of spray parameters. In this study, in order to investigate the effect of Solution precursor high velocity flame spraying parameters such as fuel and oxygen content, spraying distance and solution injection rate, single-scan spraying test was performed on glass substrates. The morphology of the formed splats and their structural characteristics were investigated using Scanning Electron Microscope (SEM). Structural comparison in the single-scan spraying test performed in two ratios of fuel to oxygen, showed that in the flame parameter with oxygen pressure of 6 bar and fuel 3 bar at the injection rate of Solution precursor 20 cm3/min and spray distance of 5 cm was selected as the optimal parameter. In this parameter, due to the low injection rate of the solution and higher heat transfer per drop of the solution precursor and completion of processes that resulting in melting and crystallization, the number of splats increased. Also, evaluation of single-scan spraying in the flame with oxygen pressure of 8 bar and fuel bar of 4 bar and spray distance of 5 cm showed that the injection rate of 40 cm3/min solution precursor would be more appropriate due to increasing the number of fine splats and improving coating efficiency.
    Keywords: High Velocity Flame Spraying Single, Scan Spraying Aluminum Nitrate Solution Precursor Alumina
  • Sadeq Esmaili, Tahmineh Ahmadi *, HamidReza Bakhsheshi-Rad, Amirabbas Noorbakhsh Pages 29-41

    In this study, the effect of adding graphene oxide on the terbiological behavior of coatings created by the electrolytic plasma oxidation process under constant voltage conditions has been investigated. Bipolar waveform coating operation was performed on the surface of AZ31 magnesium alloy for 10 minutes. The results showed that the surface morphology of the coatings had micro-cavities known as pancake structure and volcanic crater on the surface, the diameter of which increased with the addition of graphene oxide. Fuzzy analysis of coatings showed that the coatings are composed of oxide phases of forsterite and periclase. The wear mechanism of the coated samples was scratched. Also, the wear resistance of the coating containing graphene oxide additive increased so that the average coefficient of friction for the mentioned samples decreased 10 times compared to the uncoated sample, which is due to the increase in hardness. The hardness of the sample containing graphene oxide has increased about 5 times compared to the magnesium alloy. Magnesium alloy with this coating is a good candidate for orthopedic applications.

    Keywords: Graphene oxide, Plasma Electrolytic Oxidation, Porosity, wear resistance, Abrasive Wear
  • Mohammad Heydari Vini *, Saeed Daneshmand, Ali Jahangiri Sadri Pages 43-54
    Metal matrix composites, high mechanical performance, usability at high temperatures, good wear resistance and low creep rate. This type of composite manufacturing method is very important. Among manufacturing processes, ARB process as a method of applying severe plastic deformation is used on the sheets. In this study 5Wt. % Al/alumina composites fabricated by accumulative roll bonding process up to eight steps using Al1060. Microstructure, mechanical properties and corrosion behavior of the composite were studied by scanning electron microscopy (SEM), potentiodynamic polarization and electrochemical impedance spectroscopy (EIS), measurement in 3.5wt% NaCl solution. Corrosion behavior of the composite revealed a considerable improvement in the main electrochemical parameters, as a result of enhancing influence of cold rolling. Also, the electrochemical experiments showed that corrosion resistance of samples increasing with increasing the number of ARB cycles. After 8- cycle ARB have a low corrosion density in comparison with high corrosion density of annealed specimens.
    Keywords: ARB, Alumina Particles, Metal matrix composite, Corrosion, AA1060 aluminum alloy
  • Marziyeh Azadfalah, Arman Sedghi *, Ali Mehdikhani, Hadi Hosseini Pages 55-70
    Metal-organic frameworks (MOFs) have been used as electrode materials in supercapacitors (SCs) due to their high specific surface area and suitable porosity size. However, using single-component MOFs in SCs leads to poor electrical conductivity, insufficient stability, and poor mechanical properties, and thwarts the effect of high capacity and efficient performance. In this paper, to improve the electron transfer rate and take advantage of the specific surface of MOFs, nickel-based metal-organic framework/graphene nanocomposites were prepared by hydrothermal in-situ synthesis, and to prevent agglomeration, graphene (0, 2.5, 5, and 10wt%) was added during the synthesis process. To characterize the structure of the nanocomposites, X-ray diffraction (XRD), Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), Brunauer–Emmett–Teller (BET), transmission electron microscopy (TEM), and field emission scanning electron microscopy (FESEM) were used. To study the supercapacitor behavior, electrochemical tests, such as cyclic voltammetry, electrochemical impedance, and repeatability behavior were used. The electrode prepared by the nickel-based MOFs in the 6M KOH electrolyte had a specific capacity of 660 F/g, while their composite with graphene had a specific capacity of 1017 F/g. As a result, benefiting from composite properties and increasing electrical conductivity of MOFs with graphene resulted in greater porosity availability and increased total storage capacity.
    Keywords: Supercapacitor Nanocomposite Metal, Organic Framework Graphene
  • Mohammad Jazirehpour, Ahmad Poorbafrani *, Zinat Mirzaei Pages 71-79

    The effect of gadolonium cation substitution on the structural and electromagnetic properties of Z-type barium hexaferrite was investigated in this study. This group of compounds is known as Ba3Co2-xGdxFe24O41, and it was created using the energetic milling approach with substitution values of 0, 0.1, 0.3, 0.5, 0.8, 0.1, and 1.2. X-ray diffraction (XRD) analyses and scanning electron microscopy (SEM) photos of Ba3Co1.6Gd0.4Fe24O41 samples were obtained to investigate the phase formation temperature and the effect of particle size on the properties of this compound. A network vector analyzer was used to assess the real and imaginary components of the samples' electrical permittivity (ε) and magnetic permeability (μ) in order to evaluate their electromagnetic properties (VNA). Using these coefficients, reflection loss diagrams of the compounds were created in the frequency range of 1-18 GHz. By examining the samples in terms of maximum absorption intensity and bandwidth at the same time, the samples with Gd substitution with x = 0.5 in the frequency bands S and C1, the sample with x = 0.3 in the band C2, the sample with x = 0.3 in the X band, the sample with x = 0.1 in the X band, and the sample with x = 1.2 in the Ku band were chosen as the optimal samples (S: 1-2 GHz, C1: 2-4 GHz, C2: 4-8 GHz, X: 8-12 GHz, Ku: 12-18 GHz).

    Keywords: Energetic Milling Microwave Absorption Electrical Permittivity Magnetic Permeability Z, type Barium Hexaferrite