فهرست مطالب

مهندسی متالورژی و مواد - سال سی و چهارم شماره 1 (بهار 1402)

نشریه مهندسی متالورژی و مواد
سال سی و چهارم شماره 1 (بهار 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/01/19
  • تعداد عناوین: 6
|
  • محمد علی پور* صفحات 1-14
    در این تحقیق، خواص سایشی و ریزساختار نانوکامپوزیت آلومینیوم Al-8Zn-3Mg-2.5Cu تقویت شده با 1، 2، 3 و 5 درصد نانوذرات کاربید سیلسیم (SiC) تولید شده به روش ریخته گری گردابی با کمک حباب زایی مافوق صوت بررسی شد. جهت اختلاط مناسب آلیاژ و نانوذرات از دستگاه مافوق صوت مجهز به سیستم خنک کننده با توان 2000 وات استفاده شد. همچنین برای مطالعات ریزساختاری، میکروسکوپ الکترونی روبشی بکار گرفته شد. مطالعات ریزساختاری نانوکامپوزیت نشان داد که حضور نانوذرات پراکنده SiC باعث کاهش اندازه دانه شده، اما در درصدهای بالای این نانوذرات (5% وزنی)، کاهش محسوسی در اندازه دانه ایجاد نمی شود. همچنین حضور نانوذرات و کاهش اندازه دانه، افزایش چشمگیر سختی و مقاومت به سایش نانوکامپوزیت را به همراه دارند. البته در درصدهای بالای نانوذرات SiC (5% وزنی)، این ذرات در مرزدانه ها کلوخه ای شده و باعث کاهش سختی و مقاومت به سایش کامپوزیت شدند. نانوکامپوزیت تقویت شده با 3% وزنی نانو ذرات کاربید سیلسیم قبل و بعد از عملیات حرارتی بهترین مقاومت به سایش را نشان داد که بهینه ترین درصد نانو ذرات کاربید سیلسیم می باشد.
    کلیدواژگان: نانوکامپوزیت ریختگی، نانوذرات کاربید سیلیسیم، ریخته گری گردابی، فرآوری مافوق صوت
  • سعید سلطانی، مهدی کلانتر*، محمدرضا پهلوان شمسی صفحات 15-30

    روش سنتز احتراقی خود پیشرونده ی دما بالا به خصوص برای سیستم های آلومینوترمیک یک روش نوین برای ساخت انواع ترکیبات بین فلزی، سرامیک ها و کامپوزیت ها با نقطه ی ذوب و سختی بالا در مقیاس تحقیقاتی و نیمه صنعتی است. در این مطالعه نمونه مخلوط های پودری همگن سازی شده به نسبت مورد نظر در سیستم های آلومینوترمیک  Al-Fe2O3، Al-Cr2O3، Al-Cr2O3-Si، Al-Fe2O3-Cr2O3-NiO و Fe2O3-NiO مورد آزمون آنالیز حرارتی قرار گرفته و سپس تجزیه و تحلیل ترکیب فازی (تفرق اشعه ایکس) نمونه و مقایسه آنها با یکدیگر انجام گرفته است. نتایج نشان می دهد که وارد کردن آلومینیم در مخلوط اولیه آلومینوترمیک اضافه بر مقدار استوکیومتری باعث تشکیل ترکیبات بین فلزی آلومیناید آهن و آلومیناید کروم به عنوان فازهای ثانویه در پوشش کامپوزیتی می شود. علاوه براین با حضور سیلیسیم در مخلوط اولیه آلومینوترمیک ترکیبات سیلیساید کروم به جای آلومیناید کروم تشکیل می شود. در سیستم Al-Fe2O3-Cr2O3-NiO فاز فلزی فولاد ضدزنگ با ترکیب Fe0.7Cr0.19Ni0.11 و فاز سرامیکی Al2O3 شکل می گیرند. در صورتی که فقط اکسید نیکل و اکسید آهن در مخلوط پودری اولیه وجود داشته باشند فریت نیکل شکل می گیرد.

    کلیدواژگان: فرآیند سنتز خوداحتراقی، سیستم آلومینوترمیک Al-Fe2O3-Cr2O3-NiO، آنالیز حرارتی، آنالیز فازی
  • علی علیزاده*، شهاب پلویی، محمدرضا زحمتکش، مهدی عبدالهی صفحات 31-46

    در این پژوهش، کامپوزیت های زمینه آلومینیومی با الیاف پیوسته کربن و شیشه با استفاده از آلیاژ آلومینیومی 356A به عنوان زمینه و الیاف کربن 300T و الیاف شیشه E-glassبه عنوان تقویت کننده طی فرآیند ریخته گری کوبشی تولید شدند. بدین منظور ابتدا الیاف کربن، با استفاده از روش الکترولس، به وسیله ی لایه ای از نیکل - فسفر پوشش دهی گردید. سپس لوله ی آلیاژی آلومینیوم 356A و لوله های کامپوزیتی با 30 درصد وزنی الیاف کربن پوشش دهی شده و بدون پوشش و 30، 40، 50 و 60 درصد وزنی الیاف شیشه در فشار 75 مگاپاسکال و دمای 500 درجه سانتی گراد ریخته گری شدند و پس از فرآیند ریخته-گری، ریزساختار نمونه های کامپوزیتی و خواص مکانیکی آن مورد بررسی قرار گرفتند. پوشش نیکل - فسفر بر روی الیاف کربن تاثیر بسزایی در ترشوندگی الیاف کربن با مذاب آلومینیومی و درنتیجه نفوذ بهتر مذاب آلومینیوم درون الیاف کربن داشت. سختی لوله های کامپوزیتی با 50 درصد وزنی الیاف شیشه حدودا به 2 برابر لوله آلیاژی بود و چگالی با افزایش درصد وزنی الیاف تا 5/9 درصد کاهش پیدا کرد. بالاترین استحکام خمشی، Mpa 82/340 و مربوط به لوله ی کامپوزیتی تقویت شده با 40 درصد وزنی الیاف شیشه بود. استحکام کششی لوله ی کامپوزیتی با 30 درصد وزنی الیاف کربن با افزایش 76 درصدی نسبت به لوله آلیاژی، بیشترین استحکام کششی را داشت. مکانیزم غالب در شکست لوله ی کامپوزیتی تقویت شده با الیاف کربن، خروج الیاف و در شکست لوله های کامپوزیتی تقویت شده با الیاف شیشه، برش الیاف بود.

    کلیدواژگان: الیاف کربن، الیاف شیشه، پوشش نیکل-فسفر، ریخته گری کوبشی، آزمون نول
  • راضیه خوشحال*، سید وحید علوی نژاد خلیل آباد صفحات 47-57

    در این مقاله سعی شد تا تاثیر افزایش سیلسیم بر واکنش های تولید ترکیبات آلومیناید تیتانیم از مواد اولیه TiO2 و Al بررسی شود. سیلسیم از یک طرف دارای یوتکیتک با آلومینیم است و می تواند دمای ذوب آن را کاهش دهد که این امر به دلیل تعیین کننده بودن مرحله ذوب آلومینیم در تشکیل ترکیبات آلومیناید تیتانیم اثرگذار باشد. از طرف دیگر به دلیل تولید ترکیب Ti5Si3 قادر است در افزایش مقاومت به اکسیداسیون ترکیبات و کامپوزیت های حاوی آلومیناید تیتانیم موثر باشد. لذا در این تحقیق سعی شد با افزودن مقادیر متفاوتی از سیلسیم پودری به مواد اولیه پودری TiO2 وAl و حرارت دادن آن در دمای ºC950 بررسی شود که آیا افزودن سیلسیم پودری می تواند به تشکیل فاز مقاوم در برابر اکسیداسیون Ti5Si3 کمک کند. همچنین این فاز در چه نسبتی از مواد اولیه و با چه مورفولوژی ایجاد می شود. نتایج نشان داد که وقتی سیلسیم در مقادیر کم به سیستم افزوده می شود (نسبت 1/0) نه تنها تاثیر مثبتی بر انجام واکنش ها ندارد که جلوی تشکیل ترکیبات آلومیناید تیتانیم را نیز می گیرد. با بیشتر شدن درصد آن هم به تشکیل این ترکیبات آلومیناید تیتانیم می کند و هم منجر به تشکیل فاز Ti5Si3 می شود (نسبت 28/0). این فاز با بیشتر شدن درصد سیلسیم از مورفولوژی گسسته به حالت پیوسته تغییر فرم پیدا می کند (نسبت 6/0). با افزایش بیشتر میزان سیلسیم (نسبت 1)، فاز TiSi2 تشکیل می شود که با ساختار رشته ای شکل در سراسر نمونه پراکنده می شود.

    کلیدواژگان: آلومیناید تیتانیم، سیلسیم، ترکیبات بین فلزی، مکانیزم
  • فائزه اختری، صادق پورعلی*، رضا توانگر، سید سینا حجازی صفحات 59-68

    بررسی حاضر به تحلیل رفتار اکسیداسیون سوپرآلیاژ پایه نیکل GTD-111 در دمای °C 1000 و اتمسفر هوا می پردازد. برای این منظور، گستره ای از روش ها شامل آنالیز توزین حرارتی (TGA)، میکروسکوپی الکترونی روبشی نشر میدانی (FE-SEM)، پراش پرتو ایکس سطحی (GI-XRD) و طیف سنجی انتشار نوری تخلیه تابشی (GDOES) به کار گرفته شدند. سینتیک اکسیداسیون این آلیاژ در دمای یاد شده پس از 10 ساعت اولیه، رفته رفته از خطی وارد سهمی می شود که این موضوع همراه با تشکیل لایه اکسیدی یکنواخت بر سطح است. بر اساس تحلیل مقطی FE-SEM و GDOES، تیتانیوم را می توان اولین گونه ای در نظر گرفت که با شروع اکسیداسیون، وارد جبهه واکنش می شود. با این حال، با اکسید شدن آن و تخلیه آن در زیر جبهه اکسیداسیون، شرایط برای شکل گیری سایر اکسیدها از جمله اکسید کروم (Cr2O3) مهیا می شود. در ادامه، طی نفوذ به سمت داخل گونه های O2-، شرایط برای اکسیداسیون داخلی آلومینیوم و تشکیل جزایری از اکسیدهای Al2O3 فراهم می شود. بدینسان، پس از 100 ساعت اکسیداسیون، ترکیب شیمیایی فیلم اکسیدی مشتمل بر ناحیه درونی غنی از آلومینیوم، ناحیه بیرونی غنی از تیتانیوم و لایه میانی غنی از کروم است. نتایج GI-XRD نیز موید تشکیل فازهای اکسیدی یاد شده است. در این دما، اثری از جدایش پوسته اکسیدی و تشکیل اکسیدهای نیکل پس از 100 ساعت اکسیداسیون مشاهده نشد.

    کلیدواژگان: سوپرآلیاژ نیکل GTD-111، اکسیداسیون دما بالا، GI-XRD، TGA، GDOES
  • وصال هلالی، مصطفی میرجلیلی*، سید عبدالکریم سجادی، مریم مقدم متین، محمدحسن ملائی صفحات 69-80
    در این پژوهش، تاثیر نسبت سوخت (φ) بر سنتز نانوذرات CuO به روش احتراق در محلول و خواص ضدباکتریایی آن بررسی شد. به عنوان سوخت از هگزامتیلن تترامین در نسبت φ برابر با 1 و >1 استفاده شد و مشخصه یابی به روش های پراش اشعه ی ایکس (XRD)، سنجش اندازه ی ذرات به کمک پراش نور دینامیک (DLS)، تصویربرداری به کمک میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی (FE-SEM) برای هر نمونه انجام شد. نتایج XRD نشان داد که در 1=φ، بیشترین خلوص CuO در ترکیب نهایی حاصل شد. هم چنین اندازه ی ذرات تماما در گستره ی 21.7 تا 42.2 نانومتر قرار داشت. اما کوچکترین اندازه ی ذره (21.7 نانومتر) متعلق به نمونه با 1=φ بود. از آن جا که تصاویر FE-SEM مربوط به این نمونه نیز مبین ساختاری ریزدانه و کروی بود، این نمونه برای انجام آزمون ضدباکتریایی انتخاب شد. سوسپانسیون نانوذرات این نمونه، در سه محلول نوترینت براث، آب و DMSO تهیه شد. پس از آن، هر سه سوسپانسیون در برابر گونه های باکتریایی Escherichia coli و Staphylococcus aureus مورد آزمون ضدباکتریایی قرار گرفتند. نتایج نشان داد که باکتری E. coli (گونه ی گرم منفی) در مقایسه با S. aureus (گونه ی گرم مثبت) بیشتر مهار شد. هم چنین مهار هر دو باکتری در سوسپانسیون نوترینت براث-CuO بیشتر بود. برای این سوسپانسیون، حداقل غلظت مهاری باکتری های E. coli و S. aureus به ترتیب 105 و 242 میکروگرم بر میلی لیتر به دست آمد. این امر احتمالا با پراکنده سازی بهتر نانوذرات در نوترینت براث (نسبت به دو محلول دیگر) مرتبط است. لذا می توان با افزودن مواد فعال سطحی، پراکنده سازی ذرات و درنتیجه قدرت مهار آن ها را بهبود بخشید.
    کلیدواژگان: نانوذرات CuO، سنتز احتراقی در محلول، خواص ضدباکتریایی، S .aureus، E. coli
|
  • Mohammad Alipour * Pages 1-14
    In this study, microstructure and wear properties of Al-8Zn-3Mg-2.5Cu nanocomposite reinforced with 1, 2, 3 and 5 wt.% SiC nanoparticles (SiCnp) produced by stir casting and ultrasonic treatment have been investigated. Ultrasound device equipped with a cooling system with 2000 W powers was used for mixing alloy and nanoparticles. Also scanning electron microscopy was used for microstructure studies. The microstructure of nanocomposite was investigated by scanning electron microscope.The microstructural studies of the nanocomposite revealed that SiCnp addition reduces the grain size, but adding higher SiCnp content (5 wt.%) does not change the grain size considerably. Further investigations on hardness revealed that the addition of SiCnp increases hardness and wear resistance. At higher SiCnp contents (5 wt.%), the presence of SiCnp agglomerate on grain boundaries was found that causes decrease the hardness and wear resistance. The optimum amount of nanoparticles before and after heat treatment is 3 wt.% SiCnp that nanocomposite exhibits best wear resistance.
    Keywords: Casting nanocomposite, SiC nanoparticles, Stir casting, Ultrasonic treatment
  • Saeed Soltani, Mahdi Kalantar *, Mohmmadreza Pahlavanshamesi Pages 15-30

    The high temperature self-progressive combustion synthesis method, especially for aluminothermic systems, is a new method for making all kinds of intermetallic compounds, ceramics and composites with high melting point and hardness. In this study, first the homogenized powder mixtures in the desired ratio in alumino-thermic systems of Al-Fe2O3-Cr2O3-NiO is subjected in differential thermal analysis process and then, the phase composition (X-ray diffraction) of the thermal analyzed samples has been investigated. The obtained results indicate the formation of intermetallic compounds of iron and chromium aluminide as secondary phases with the presence of excess aluminum over the stoichiometric values in the thermally analyzed samples. In addition, with the presence of silicon in the aluminothermic mixtures, chromium silicide compounds are formed instead of chromium aluminide. For the Al-Fe2O3-Cr2O3-NiO system, the metallic phase of stainless steel with a ratio of Fe0.7Cr0.19Ni0.11 and the ceramic phase of Al2O3.are formed. For the Fe2O3- NiO system, only nickel ferrite is formed.

    Keywords: Self-combustion synthesis process, Alumino-thermic system of Al-Fe2O3-Cr2O3-NiO, Thermal Analysis, Phase analysis
  • Ali Aliadeh *, Shahab Poloee, Mohammadreza Zahmatkesh, Mehdi Abdollahi Pages 31-46

    In this research, aluminum matrix reinforced with continuous carbon and glass fibres composite were produced using A356 aluminum alloy as the matrix, and T300 carbon fiber and E-glass as the reinforcement during the squeeze casting process. Carbon fibers were first coated with a layer of nickel-phosphorus using the electroless method. Then, aluminum alloy 356 pipe and composite pipes with 30 weight percent of carbon fibers and 30,40,50 and 60 weight percent of glass fibers were cast at 75 MPa and 500 °C. After casting, the microstructure, and mechanical properties of composite samples were investigated. Nickel-phosphorus coating on carbon fibers has a significant effect on the wettability of carbon fibers with aluminum melt and thus the penetration of aluminum melt into carbon fibers. The hardness of composite pipes reached approximately 2 times that of alloy pipe and the density decreased to 9.5% with increasing weight percent of fibers. The highest bending strength was obtained at 340.82 MPa, which is related to the reinforced composite pipe with40 weight percent of glass fibers. Tensile strength was measured by the nol ring test, in which a composite tube with 30 weight percent of carbon fiber had the highest tensile strength with a 76% increase over the alloy pipe. The predominant mechanism in the failure of carbon fiber-reinforced composite pipe was fiber pull-out and in the failure of glass-fiber-reinforced composite pipes, the fibers were cut.

    Keywords: Carbon fibers, Glass fibers, Nickel-phosphorus coating, Squeeze casting, Nol ring test
  • Razieh Khoshhal *, Seyed Vahid Alavi Nezhad Khalil Abad Pages 47-57

    In this article, an attempt was made to investigate the effect of the addition of silicon on the titanium aluminide compound formation from TiO2 and Al raw materials. Silicon has a eutectic with aluminum and can reduce its melting temperature, which can have effective impact on the formation of titanium aluminide compounds. On the other hand, due to the production of Ti5Si3 compound, it can be effective in increasing the oxidation resistance of compounds and composites containing titanium aluminide. With this aim in mind, the present paper has strove to determine the impact of this element on the formation of titanium aluminides and the type of titanium silicide phases by adding different amounts of silicon to TiO2 and Al raw materials. The key findings emerged, showed that when silicon is added to the system in small amounts (0.1), it not only does not have a positive effect on the reactions, it also prevents the formation of titanium aluminide compounds, but with an increase in its percentage (0.28), it also causes the formation of these titanium aluminide compounds and leads to the formation of Ti5Si3 phase. This phase changes from a discrete morphology to a continuous state as the percentage of silicon increases (0.6). With a further increase in the amount of silicon (1), the TiSi2 phase is formed, which is dispersed throughout the sample with a string-like structure.

    Keywords: Titanium aluminide, Silicon, Intermetallic compounds, Mechanism
  • Faezeh Akhtari, Sadegh Pour-Ali *, Reza Tavangar, Seyed sina Hejazi Pages 59-68

    The present study investigates the oxidation behavior of GTD-111 nickel base superalloy at 1000 °C in air. To this aim, several techniques including thermal gravimetric analysis (TGA), field emission scanning electron microscopy (FE-SEM), grazing incidence X-ray diffraction (GI-XRD) and glow discharge optical emission spectroscopy (GDOES) were employed. The oxidation kinetics of this superalloy alters from linear to parabolic after 10 h exposure which is accompanied by the formation of a uniform surface oxide layer. Based on the cross-sectional analysis of FE-SEM and GDOES, Ti can most probably be considered as the first species which enters the reaction front when oxidation begins. However, as a result of its oxidation, Ti is depleted just beneath the oxide scale, and conditions changes in favor of the formation of other oxides, namely, Cr2O3. Subsequently, due to the internal diffusion of O2- species, Al is internally oxidized, and islands of Al2O3 form underneath the oxide layer. After 100 h of oxidation, the chemical composition of the oxide film consists of an Al-rich inner region, a Ti-rich outer region, and a Cr-rich intermediate layer. GI-XRD results also confirmed the formation of mentioned oxide phases. No indication of oxide spallation and formation of nickel oxides were observed even after 100 h of oxidation.

    Keywords: GTD-111 nickel superalloy, High temperature oxidation, GI-XRD, TGA, GDOES
  • Vesal Helali, Mostafa Mirjalili *, Seyed Abdolkarim Sajjadi, Maryam Moghaddam Matin, Mohammad Hasan Mollaei Pages 69-80
    This work aims to investigate the effect of fuel ratio (ϕ) on the synthesis of CuO nanoparticles via solution combustion and evaluation of its antibacterial properties. Hexamethylenetetramine was considered as fuel and used in different ratio. The final products were characterized by XRD, DLS, FE-SEM analysis. The XRD results indicated that the highest quantity of CuO was found in ϕ=1. Based on particle size analysis results, all particles were in the range of 21.7 to 42.2 nms. Also, the finest particle size (21.7nm) was attributed to ϕ=1. Since the FE-SEM image of this specimen showed a spherical fine morphology, this specimen was chosen for antibacterial tests. In order to trace the second aim of this study, chosen specimen was tested against Escherichia coli and Staphylococcus aureus bacterial strains while suspended in nutrient broth, water and DMSO. The results revealed higher inhibition of E. coli (gram-negative strain) comparing to S. aureus (gram-positive strain) in all cases. Also, the CuO-nutrient broth appeared to be the suspension with the highest inhibitory for both bacterial strains. The Minimum inhibitory concentration of nanoparticles in this suspension are 105 and 242 µg/mL for E. coli and S. aureus. This could be related to the better dispersion of nanoparticles in nutrient broth solution. Therefore, it could be suggested that adding surfactants to suspension, can enhance the inhibition of bacterial strains.
    Keywords: CuO nanoparticles, Solution Combustion Synthesis, antibacterial properties, E. coli, S. aureus