فهرست مطالب

مهندسی متالورژی و مواد - سال سی و سوم شماره 4 (زمستان 1401)

نشریه مهندسی متالورژی و مواد
سال سی و سوم شماره 4 (زمستان 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/10/01
  • تعداد عناوین: 6
|
  • سمانه صاحبیان*، عبدالکریم سجادی، زهرا یوسفی صفحات 1-11

    فریت کبالت ماده ای مغناطیسی با ساختار اسپینلی است که به دلیل مغناطش اشباع متوسط، ناهمسان گردی مغناطیسی، خواص نوری ویژه دارای کاربردهای گسترده است. در این پژوهش، اثر پارامتر دما بر ساختار و خواص مغناطیسی بلورهای فریت کبالت سنتزشده به روش هم رسوبی شیمیایی بررسی شده است. به این منظور، نمونه ها در دمای 80، 90، 100 و OC 110 سنتز شدند. برای سنتز فریت کبالت از پتاسیم هیدروکسید با غلظت M، کلرید آهن و کلرید کبالت به نسبت 1:2 استفاده شد. به منظور بررسی ویژگی های ساختاری بلورها، از آنالیزهای میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، پراش پرتو ایکس (XRD)، طیف سنجی مادون قرمز (FTIR) و پراش انرژی پرتوی ایکس (EDS) استفاده شد. خواص مغناطیسی نیز با آنالیز مغناطیس سنج نمونه ی نوسانی (VSM) بررسی شد. یافته ها نشان می دهد، افزایش دمای واکنش منجر به افزایش متوسط اندازه ی بلور ها از 37 به nm 90 و مغناطش اشباع از 32 تا emu/g 5/71 و شده است. نتایج نشان داد که خلوص فریت کبالت با افزایش دمای فرایند افزایش یافته است.

    کلیدواژگان: فریت کبالت، فرایند هم رسوبی شیمیایی، خواص مغناطیسی
  • محمد علی پور* صفحات 13-25

    در این تحقیق، خواص سایشی و ریزساختار نانوکامپوزیت آلیاژ آلومینیوم Al-8Zn-3Mg-2.5Cu تقویت شده با 0.1، 0.3، 0.5، 0.7 و 1 درصد نانو صفحات گرافن تولید شده به روش ریخته گری گردابی با کمک حباب زایی مافوق صوت بررسی شد. همچنین  برای مطالعات ریزساختاری و سطوح سایش، میکروسکوپ الکترونی روبشی بکار گرفته شد. مطالعات ریزساختاری نانوکامپوزیت نشان داد که حضور نانو صفحات گرافن پراکنده باعث کاهش اندازه دانه شده، اما در درصدهای بالای این نانوذرات (1 درصد وزنی)، کاهش محسوسی در اندازه دانه ایجاد نمی شود. همچنین حضور نانوذرات و کاهش اندازه دانه، افزایش چشمگیر مقاومت به سایش نانوکامپوزیت را به همراه دارند. البته در درصدهای بالای نانو صفحات گرافن (1 درصد وزنی)، این نانو مواد در مرزدانه ها کلوخه ای شده و باعث کاهش مقاومت به سایش کامپوزیت شدند. نانوکامپوزیت تقویت شده با 0.5% وزنی نانو صفحات گرافن قبل و بعد از عملیات حرارتی بهترین مقاومت به سایش  را نشان داد که بهینه ترین درصد نانو صفحات گرافن می باشد.

    کلیدواژگان: نانوکامپوزیت ریختگی، نانو صفحات گرافن، ریخته گری گردابی، فرآوری مافوق صوت
  • علی محمدی*، محمد علی پور صفحات 27-38
    در این مقاله ریز ساختار و  استحکام فشاری آلیاژ آلومینیوم A380 با افزودن نانو ذرات SiC (Silicon carbide) مورد بررسی قرار گرفت. پودر آلومینیوم A380  و نانوذرات SiC با مقدارهای (0 ،5/0 ،1 و 2 درصد وزنی) در یک دستگاه آسیاب گلوله ای سیاره ای در اتمسفر آرگون به مدت 10 ساعت آسیاب شدند. نسبت وزن توپ به پودر 1:10 و سرعت چرخش روی 250 دور بر دقیقه تعیین شد. پس از فرآیند آسیاب، از پرس گرم برای تولید نمونه ها استفاده شد، محصولات از طریق قالب گرافیتی به قطر 15 میلی متر همزمان  با سرعت گرمایش 10 درجه سانتیگراد بر دقیقه تا دمای پخت نهایی 510 درجه سانتیگراد با زمان نگهداری 30 دقیقه تحت خلا در فشار 50 مگاپاسکال در دستگاه پرس گرم قرار گرفت. ریز ساختار و فاز های تشکیل شده نمونه های تولید شده با استفاده از میکروسکوپ الکترون روبشی(SEM)   (Scanning electron microscope) و پراش اشعه ی ایکس (XRD) (X-ray diffraction) مورد بررسی قرار گرفت. برای آزمایش استحکام فشاری از دستگاه آزمایش  کشش/ فشار یونیورسال(UTM)  (universal testing machine) استفاده شد. مشاهده شد با افزایش نانو ذرات SiC اگلومره شدن اتفاق افتادکه باعث کاهش خواص مکانیکی شد. بهترین چگالی و استحکام فشاری نمونه ها مربوط به آلیاژ آلومینیوم با 5/0 درصد وزنی نانو ذراتSiC   به دست آمد همچنین به علت پایین بودن دمای زینترینگ، تجزیه SiC اتفاق نیفتاد و ترکیب بین فلزی آلومینیوم با کربن یا آلومینیوم با سیلیسیم تشکیل نشد.
    کلیدواژگان: آلیاژ آلومینیوم، کاربید سیلیسیم، کامپوزیت، متالوژی پودر، استحکام فشاری
  • فرزاد سلیمانی* صفحات 39-52
    یکی از مهمترین مشکلات استفاده از آلیاژهای منیزیم سرعت خوردگی بالای آنها است. به منظور رفع این مشکل روش اصلاح سازی سطحی و پوشش دهی مورد توجه قرار گرفته است. هدف اصلی از تحقیق حاضر اعمال غشاء پلیمری پلی کاپروالکتون/کیتوسان-1 %بغدادیت به روش غوطه وری بر روی آلیاژمنیزیم - آلومینیوم AZ91 آندایز شده به منظور بهبود مقاومت به خوردگی، زیست تخریب پذیری و زیست سازگاری این آلیاژ است. نتایج حاصل از آزمون الکتروشیمیایی نشان دهنده بهبود مقاومت به الکتروشیمیایی وکاهش چگالی جریان الکتروشیمیایی(کاهش 10^3 برابری) آلیاژ منیزیم - آلومینیوم AZ91 آندایز شده در اثر اعمال غشاء پلیمری-سرامیکی است. همچنین اعمال غشاء پلیمری-سرامیکی منجر به افزایش زبری سطح از 0/02 ± 0/329(منیزیم - آلومینیوم AZ91) به 34/0 ± 792/7 میکرومتر شده است. به منظور ارزیابی توانایی تشکیل آپاتیت روی نمونه ها، از آزمون مایع شبیه ساز بدن (بافر فسفات) استفاده شد. نتایج نشان میدهد که تشکیل لایه آپاتیت روی سطح نمونه میتواند به عنوان معیاری از زیست تخریب پذیریدر نظر گرفته شود
    کلیدواژگان: کیتوسان، پلی کاپرو لاکتون، غشاء پلیمری، آلیاژ منیزیم، زیست تخریب پذیری، بافرفسفات
  • معصومه خیاط، بهروز بیدختی* صفحات 53-65

    برای تولید مبدل های حرارتی صفحه ای، صفحات فولاد زنگ نزن به صورت ساندویچی به یکدیگر متصل می شوند. برای این نوع اتصال می توان از روش لحیم کاری سخت که در آن اتصال دهی تحت خلا صورت می گیرد، استفاده نمود. به همین منظور در این طرح، صفحات فولاد زنگ نزن L316 به صورت چند لایه (2 و 5 لایه) توسط لایه واسطه مس که نسبت به سایر فلزات پرکننده مقرون به صرفه تر و دارای دمای ذوب پایین تر است و امکان ایجاد استحکام اتصال نسبتا مناسب دارد، به یکدیگر متصل شدند. متغیرهای این پژوهش، دما (1070 و 1120 درجه سانتی گراد) و زمان (30، 60 و 90 دقیقه) بود. تصاویر میکروسکوپی که برای بررسی ریزساختار درز اتصال گرفته شد، نشان داد که اتصال ایجاد شده در دمای 1070 درجه سانتی گراد نسبت به 1120 درجه سانتی گراد مناسب و یکپارچه نبوده و اتصال در دمای 1120 درجه و زمان 90 دقیقه به دلیل فرصت کافی برای ذوب لایه واسطه و نفوذ عناصر، خواص بهتری داشت. همچنین نمونه های دولایه با متوسط اندازه دانه کمتر، سختی بالاتری داشتند.

    کلیدواژگان: اتصال ساندویچی، فولاد زنگ نزن، لحیم کاری سخت، مبدل حرارتی
  • حامد بهمن آبادی، محمد آزادی* صفحات 67-93

    در این مقاله، به تحلیل حساسیت پارامترهای عملیات حرارتی شامل زمان انحلال، دمای پیرسازی و نیز افزودن نانوذرات بر سختی آلیاژ آلومینیوم- سیلیسیم (AlSi12CuNiMg) پیستون موتور خودرو به روش آنالیز رگرسیون پرداخته شده است. بدین منظور، از نانوذرات خاک رس به مقدار 1 درصد وزنی جهت ساخت نانوکامپوزیت پایه فلزی، استفاده شده و نمونه های استاندارد، با روش ریخته گری گردابی و گرانشی ساخته شدند. به منظور یافتن شرایط بهینه عملیات حرارتی جهت دستیابی به بیشترین مقدار سختی، فرآیند انحلال با دمای 500 درجه سانتی گراد به مدت 1، 3 و 5 ساعت و نیز فرآیند پیرسازی با دماهای 200، 215 و 230 درجه سانتی گراد به مدت 6 ساعت برروی آلیاژ پایه و نیز نانوکامپوزیت پایه فلزی، اعمال گردید. نتایج تجربی نشان داد که دمای پیرسازی، پارامتری با بیشترین تاثیر و زمان انحلال و نیز افزودن نانوذرات، پارامترهایی با کمترین میزان تاثیر بر سختی آلیاژ بوده اند. همچنین، زمان 5 ساعت برای فرآیند انحلال و دمای 200 درجه سانتی گراد برای فرآیند پیرسازی، شرایط بهینه برای عملیات حرارتی بوده و موجب دستیابی به بیشترین میزان سختی شده اند.

    کلیدواژگان: آلیاژ آلومینیوم- سیلیسیم، آنالیز رگرسیون، پیستون موتور، عملیات حرارتی، نانوذرات رس
|
  • Samane Sahebian *, Seyed Abdolkarim Sajjadi, Zahra Yousefi Pages 1-11

    Cobalt ferrite is a magnetic material with a spinel structure. nano particles of Cobalt ferrite is attractive because of medium supersaturation, magnetic anisotropy,optical properties which causes to wide range applications such as drag delivery, cancer diagnosis and treatment, magneto-sensor, optical fibers and magneto-optical devices. In this investigation, the effect of reaction temperature on structure and magnetic properties of co-precipitated cobalt ferrite nanoparticles was studied. The nanoparticles were synthesized at 80, 90,100 and 110 C. X-ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), scanning electron microscopy (SEM) and vibration sample magnetometer (VSM) were used to charactization of nano particls. The results showed that cobalt ferrite nanoparticles was synthesized at all the reaction temperatures and supersaturation of non-calcination samples was noticeable. According to the results, by increasing the reaction temperature, crystallite size increased from 32 nm to 90 nm and also the magnetic supersaturation increased from 32 from 71.5 emu/g. besides, The purity of cobalt ferrite increased with increasing reaction temperature.

    Keywords: Cobalt ferrite, co-precipitation, Magnetic properties
  • Mohammad Alipour * Pages 13-25

    In this study, microstructure and wear behavior of Al-8Zn-3Mg-2.5Cu aluminum alloy matrix nanocomposite reinforced with 0.1, 0.3, 0.5, 0.7 and 1 wt.% graphene nano plates (GNPs) produced by stir casting and ultrasonic treatment have been investigated. Ultrasound device equipped with a cooling system with high powers was used for mixing alloy and nanoparticles. Also the microstructure and wear surfaces of nanocomposite was investigated by scanning electron microscope equipped with EDS analysis. The microstructural studies of the nanocomposite revealed that GNPs addition reduces the grain size, but adding high GNPs content (1 wt.%) does not change the grain size considerably. Further investigations on wear revealed that the addition of GNPs increases wear resistance . At high GNPs contents (1 wt.%), the presence of GNPs agglomerate on grain boundaries was found that causes decrease the wear resistance. The optimum amount of nanoparticles is 0.5 wt.% GNPs that nanocomposite exhibits bes wear resistance.

    Keywords: Casting nanocomposite, Graphene nano plates, Stir casting, Ultrasonic treatment
  • Ali Mohammadi *, Mohammad Alipour Pages 27-38
    In this paper, the microstructure and compressive strength of A380 aluminum alloy were investigated by adding SiC nanoparticles. A380 aluminum powder and SiC nanoparticles with values (0, 0.5, 1, and 2% by weight) were ground in a planetary ball mill in an argon atmosphere for 10 hours. The ball weight ratio to powder was 10:1, and the rotation speed was set at 250 rpm. After the milling process, a hot press produced the samples. The products were produced through a graphite mold with a 15 mm diameter at a 10 °C heating rate per minute to a final 510 °C sintering temperature with a 30 minutes holding time under vacuum conditions. In addition, a pressure of 50 MPa was placed in the hot press machine. The microstructure and formed phases of the product samples were examined using scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction (XRD). Moreover, a universal testing machine (UTM) was used to test the compressive strength. It was observed that agglomeration occurred with the increase of SiC nanoparticles, which decreased the mechanical properties. The samples' best density and compressive strength were related to aluminum alloy with 0.5% by weight of SiC nanoparticle. Furthermore, due to the low sintering temperature, SiC decomposition did not occur. Besides, the intermetallic compound of aluminum with carbon or aluminum with silicon was not formed.
    Keywords: aluminum alloy, silicon carbide, Composite, Powder Metallurgy, Compressive Strength
  • Farzad Soleymani * Pages 39-52
    One of the most important problems of using magnesium alloys is their high corrosion rate. In order to solve this problem, the method of surface modification and coating has been considered. The main purpose of this research is to apply polycaprolactone/chitosan-1% Baghdadite polymer membrane by immersion method on anodized magnesium-aluminum AZ91 alloy in order to improve the corrosion resistance, biodegradability and biocompatibility of this alloy. The results of the electrochemical test show the improvement of the electrochemical resistance and the reduction of the electrochemical current density (10^3 times reduction) of the anodized magnesium-aluminum alloy AZ91 due to the application of the polymer-ceramic membrane. Also, the application of polymer-ceramic membrane has led to an increase in the surface roughness from 0.329 ± 0.02 (magnesium-aluminum AZ91) to 7.792 ± 0.34 micrometers. In order to evaluate the ability of apatite formation on the samples, the body simulating liquid test (phosphate buffer) was used. The results show that the formation of apatite layer on the surface of the sample can be considered as a measure of biodegradability
    Keywords: Chitosan, Polycaproctone, Polymeric membrane, Magnesium alloy, Biodegradability, phosphate
  • Masoumeh Khayyat, Behrooz Beidokhti * Pages 53-65

    Brazing of low-carbon austenitic stainless steel sheets is applied to produce plate heat exchangers. In this study, the copper filler was used to join multiple layers of 316L steel plates due to its low cost, low melting temperature and relatively good bonding strength compared to other filler metals. For comparison, 2-layer and 5-layer specimens were brazed with the copper interlayer. fabricated. The sandwich joints have been fabricated under different process conditions of the brazing temperature (1070 and 1120°C) and the brazing time (30, 60, and 90 min). Detailed microstructural studies and hardness were carried out on the brazed joints. The microscopic studies showed that the joint formed at 1070 °C was not uniform compared to 1120 °C and the specimen brazed at 1120°C/90 min presented better properties due to enough time for melting of the interlayer and diffusion of elements. Also, 2-layer specimens with lower average grain size had higher hardness than 5-layer specimens.

    Keywords: Sandwich joint, Stainless steel, Brazing, Heat exchanger
  • Hamed Bahmanabadi, Mohammad Azadi * Pages 67-93

    In this article, the sensitivity analysis of heat treatment parameters including the solutioning time, ageing temperature, and addition of nano-particles on the hardness of the piston aluminum-silicon alloy (AlSi12CuNiMg) were characterized using regression analysis method. For such an objective, the clay nano-particles with 1 wt. % were used to fabricate the metal-matrix nano-composites and the standard specimens were produced using the gravity and stir-casting methods. To find the superior heat treatment conditions for aiming the maximum hardness, the solution treatment was performed at 500 ℃ for 1, 3, and 5 hours and the ageing treatment was done at 200, 215, and 230 ℃ for 6 hours on the base alloy and the metal-matrix nano-composites. Experimental results showed that the ageing treatment had the most effect on the material hardness and the solutioning time and nano-particles addition were the less effective parameters on the alloy hardness. The optimum heat treatment conditions achieved by the solutioning time of 5 hours and the ageing temperature of 200 ℃, during heat-treating which led to have the maximum hardness.

    Keywords: Aluminum-Silicon alloy, Regression analysis, Engine piston, Heat treatment, Clay nano-particles