فهرست مطالب

نشریه فرآیندهای نوین در مهندسی مواد
پیاپی 64 (بهار 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/03/01
  • تعداد عناوین: 7
|
  • اسماعیل احمدی زاده*، رضا درخشنده حقیقی، امین ربیعی زاده، شیوا منصورزاده صفحات 1-12
    در این پژوهش، اثر فلزات پرکننده UTP 2535 Nb و UTP 3545 Nb بر ریزساختار و مقاومت اکسیداسیون فلز جوش آلیاژ 35Cr-45Ni مورد بررسی قرار گرفته است. بر اساس نتایج، ریزساختار فلزات جوش شامل کاربیدهای کروم و نیوبیم است که در امتداد مرزدانه های دندریتی زمینه آستنیتی رسوب یافته اند؛ با این تفاوت که ریزساختار فلز جوش ایجاد شده توسط فلز پرکنندهUTP 3545 Nb دارای کاربیدهای پیوسته تر و متراکم تر است که مربوط به درصد بالاتر کروم در این فلز پرکننده است. بر اساس نتایج آنالیز پراش اشعه ایکس نمونه های اکسید شده در دمای °C 1000 به مدت h 96، یک لایه اکسید خارجی (عمدتا شامل اکسید کروم) و یک لایه اکسید داخلی (عمدتا شامل اکسید سیلیسیم) در تمامی نمونه ها شناسایی شد. پس از آزمون اکسیداسیون، بیشترین افزایش وزن (mg/cm2 3/4) و ضخامت لایه اکسید (µm 20) مربوط به فلز جوش ایجاد شده توسط فلز پرکننده UTP 2535 Nb بود؛ در حالی که این مقادیر برای فلز جوش ایجاد شده توسط فلز پرکننده UTP 3545 Nb به ترتیب mg/cm2 6/3 وµm 20 بود. درصد بالاتر کروم در نمونه آخر سبب ایجاد یک لایه مقاوم، پیوسته و عاری از عیوب اکسید کروم بر سطح می شود که مقاومت به اکسیداسیون را می افزاید. همچنین، درصد بالاتر سیلیسیم آن سبب ایجاد یک لایه اکسید داخلی می شود که مقاومت به اکسیداسیون را افزایش می دهد.
    کلیدواژگان: آلیاژ مقاوم به حرارت، اکسیداسیون دمای بالا، جوشکاری قوس تنگستن، اکسید کروم
  • دانیال جعفری فارسانی، الهام عامری* صفحات 13-27
    جهت رفع مشکلات ناشی از استفاده از حلال های شیمیایی ‏نظیر محلول های آمینی و محلول کاستیک، از یک برج جذب تک حبابی برای بررسی تاثیر نانوسیالات پایه ‏آبی با نانوذرات اکسیدنیکل بر فرآیند جذب گاز ‏دی اکسید کربن استفاده شد. برای انجام ‏این کار، دی اکسید کربن، به صورت تک حباب هایی از انتهای یک ‏ستون شامل نانوسیال آب/اکسید نیکل پرشده، ‏وارد شده و ضرایب انتقال جرم و میزان جذب مورد بررسی قرار گرفته شد. برای بررسی اثر کسروزنی نانو ذرات بر فرآیند انتقال جرم در برج تک حبابی سطوح مختلف مورد بررسی قرار گرفته شد. نتایج نشان داد که نانوذرات اکسید نیکل آبگریز بوده و افزودن ماده فعال سطحی به نانوسیال موجب بالا رفتن بار الکتریکی سطحی نانوذرات اکسید نیکل شده و قطبیت سطح را برای جذب گاز بالا می برند. به این ترتیب گاز دی اکسید کربن به دلیل ماهیت بسیار قطبی بر سطح نانوذرات جذب شده واین پدیده موجب افزایش تا ‏‏270 درصدی میزان جذب گاز مذکور در نانوسیال نسبت به سیال پایه شد. بیشینه مقدار شار انتقال جرم برای جذب دی اکسید کربن با نانوسیال حاوی نانوذرات اکسیدنیکل در کسر وزنی نانوذرات 1/0 درصد مشاهده شد. در انتها نیز یک رابطه تجربی برای تخمین ضریب انتقال جرم گاز دی اکسید کربن ارایه گردید که این رابطه تابعی از رژیم جریان و نوع نانوسیال می باشد. نتایج نشان داد که مقدار خطای محاسبات برای مدل ارایه شده، کمتر از 20% است و این مدل می توند با تقریب مناسبی نتایج آزمایشگاهی را تخمین بزند.
    کلیدواژگان: نانوسیال، نانوذرات نیکل، سرامیک، جذب گاز، رابطه تجربی
  • ایوب کریم زادقویدل، غلامرضا کیانی*، مهسا مهدوی نیا صفحات 29-44

    هدف این تحقیق، ساخت حسگری رطوبتی بر پایه نانوساختار متخلخل تری اکسید تنگستن خالص و دوپ شده با نانوذرات نقره و استفاده از خصوصیات تغییرات اهمی، ظرفیت خازنی و امپدانسی آن در مقابل رطوبت به عنوان خروجی است. مشخصات ساختاری نانوکامپوزیت تهیه شده، توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی و دستگاه پراش اشعه ایکس مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که تری اکسید تنگستن سنتزی به شکل کره هایی با ابعاد 3 تا 7 میکرومتر با ساختار متخلخل سطحی در اندازه 10 تا 60 نانومتر می باشد. برای تولید حسگرها، نخست مواد ترکیب و پراکنده سازی شد، سپس با روش ته نشینی بر روی مدار الکترود شانه ای لایه نشانی گردید. بررسی ها نشان داد حسگر دوپ شده با نانوذرات نقره، عملکرد بهتری در مقایسه با نمونه تری اکسید تنگستن خالص دارد. حساسیت این حسگر برای محدوده رطوبت نسبی50-20 % و 90-50 %، به ترتیب 4/4 و MΩ/%RH 68/0 بدست آمد که در مقایسه با نمونه های پیشین، 7 و 5 % بهبود یافته است. زمان پاسخ و بازگشت این حسگر 2 و 7 ثانیه اندازه گیری شد که به ترتیب 5/37 و 4/41 برابر کوچکتر از نمونه های دردسترس است. کاهش ظرفیت خازنی حسگر تا Pf 3800، با افزایش رطوبت نسبی به 90 % از سایر یافته ها است. تغییرات امپدانسی قابل توجه حسگر در برابر تغییرات رطوبت از سایر نتایج مهم است که نشان می دهد که امپدانس می تواند با جبران خطاهای ناشی از تغییرات اهمی و ظرفیت خازنی، به عنوان خروجی حسگر در نظر گرفته شود.

    کلیدواژگان: حسگررطوبت، نانوذرات نقره، تری اکسید تنگستن، نانوساختار های متخلخل، امپدانس
  • امیرحسین شیخعلی*، محمدامین کاشی ساز صفحات 45-55

    هدف این تحقیق، بهبود مقاومت به خوردگی و ایجاد بازدارندگی فعال در پوشش های هیبریدی- سیلانی است. به این منظور از نانوصفحات اکسید گرافن (GO) به عنوان رنگدانه محافظت کننده و آمینوتریس متیلن تری فسفونیک اسید (ATMP) به عنوان حامل بازدارنده آلی در پوشش استفاده شد. پیک های ظاهر شده در 1059، 1380، 1730 و cm-1 3430 که به ترتیب مربوط به گروه های هیدروکسیل کششی، کربونیل، هیدروکسیل خمشی و اپوکساید هستند که سنتز موفقیت آمیز نانوذرات GO را توسط طیف سنجی انتقال مادون قرمز (FTIR) تایید می کند. جابجایی دو پیک 230 و 250 نانومتر در GO به 261 و 360 نانومتر در GO-ATMP نشان دهنده احیای موفقیت آمیز اکسید گرافن توسط مولکول های ATMP است. سپس مقاومت به خوردگی پوشش حاوی GO-ATMP با استفاده از آزمون-های طیف‏سنجی امپدانس الکتروشیمیایی (EIS) و پلاریزاسیون ارزیابی گردید. نتایج نشان داد که بازدارنده ATMP خواص مقاومت به خوردگی پوشش حاوی GO-ATMP را بهبود می بخشد و چگالی جریان خوردگی 50 درصد کاهش یافته است. پس از جذب موفق بازدارنده روی صفحات GO، پوشش هیبریدی-سیلانی حاوی GO-ATMP بر روی ورقه های آلیاژ آلومینیوم 2024 اعمال شد. خواص مقاومت به خوردگی پوشش ها با استفاده از آزمون های EIS و پاشش مه نمکی نشان داد که استفاده از GO-ATMP در پوشش، به دلیل محدود کردن دسترسی محیط خورنده به سطح فلز، مقاومت به خوردگی و خواص محافظت کنندگی آن ها را بهبود می دهد. رهایش هوشمند بازدارنده در هنگام نفوذ الکترولیت در ناحیه خراش پوشش با تشکیل فیلم محافظ در ناحیه خراش در تصویر SEM این نمونه مشاهده شد. این امر موجب محدود شدن واکنش های الکتروشیمیایی می شود.

    کلیدواژگان: اکسید گرافن، پوشش هیبریدی سیلانی، خودترمیم شوندگی، مقاومت به خوردگی
  • جواد مرادپور، حسین پیمان*، حمیده روشنفکر صفحات 57-70
    پلی اتیلن ترفتالات در صنایع مختلف کاربرد دارد، اما به دلیل فقدان گروه های عاملی در سطح با محدودیت کاربرد مواجه می باشد و نیازمند اصلاح سطح جهت بهبود کاربرد می باشد. در این پژوهش ابتدا سطح الیاف PET با گروه های کربوکسیلیک اسید عامل دار گردید. سپس، در محیط قلیایی نانوذرات طلا به روش سونوشیمی بصورت پایدار بر سطح آن سنتز شد و اثر پارامتر های موثر بر اندازه و تراکم نانو ذرات بررسی و بهینه گردید (دما، توان دستگاه التراسونیک و pH). از توانایی نانوکامپوزیت PET-AuNPs برای حذف رنگ های صنعتی از محیط زیست استفاده و در حذف و اندازه گیری رنگ متیل اورانژ از محیط های آبی استفاده شد و اثر غلظت اولیه رنگ، زمان و pH بررسی و بهینه گردید. در اندازه گیری کمی الکتروشیمیایی رنگ، الکترود اصلاح شده AuNPs-PET/CNT/Au در دامنه 20 تا 60 میکرومولار دارای پاسخ خطی بود. حد تشخیص این الکترود 55 میکرومولار و اثر سرعت روبش پتانسیل بر جریان پیک و اثر pH محلول بررسی گردید. مطالعات تعادلات جذب نشان دادند که جذب از ایزوترم تمکین پیروی می نماید.
    کلیدواژگان: عامل دار کردن، اولتراسونیک، پلی اتیلن ترفتالات، جاذب، نانوذرات طلا
  • شیرین کلانتری*، علی شکوه فر صفحات 71-82
    در این تحقیق هدف سنتز نانوکامپوزیتی با خاصیت فتوکاتالیستی بالا و قابلیت جدایش مغناطیسی به ترتیب به منظور تخریب آلاینده آلی و استفاده مجدد است. بدین ترتیب نانوکامپوزیت سولفیدروی-اکسیدآهن دوپ شده با یوروپیوم با روش سونوشیمی سنتز شد که روشی آسان و کم هزینه است. فتوکاتالیست بعد از آماده سازی با روش‏های آنالیز پراش سنجی پرتو ایکس (XRD)، میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی (FE-SEM)، طیف سنجی پراکندگی انرژی پرتو ایکس (EDS)، طیف ‏سنجی فوتولومینسانس (PL)، طیف نورسنج UV ارزیابی شد. قابلیت جدایش مغناطیسی فتوکاتالیست در حضور آهنربا بررسی شد و درصد بالایی از فتوکاتالیست جذب آهنربا شد، بنابراین قابلیت استفاده مجدد امکان‏پذیر می‏باشد. عملکرد فتوکاتالیستی در حضور نانوکامپوزیت سنتز شده برای تخریب رنگ ردامین-بی تحت نور UV-C و مریی بررسی شد، نتایج بازده تخریب 81% و 78% به ترتیب در حضور لامپ UV-C بعد از 3 ساعت تابش و لامپ مریی بعد از 1 ساعت تابش را نشان داد. به علاوه آزمایش پایداری و استفاده مجدد نشان داد که نانوکامپوزیت همچنان بعد از 3 سیکل ظرفیت فتوکاتالیستی خود را حفظ می‏کند.
    کلیدواژگان: نانوکامپوزیت، فتوکاتالیست، دوپنت یوروپیوم، اکسیدآهن، سولفیدروی
  • احمدرضا میزبانی، سید احسان میرمحمدصادقی*، علی مختاریان صفحات 83-95

    در این پژوهش، تاثیر پارامترهای ورودی ماشین کاری تخلیه الکتریکی بر روی زبری سطح قطعه کار از جنس ماده مرکب A413 تقویت شده با %5/2 Al2O3،‬ در دو حالت با حضور میدان مغناطیسی و بدون وجود میدان مغناطیسی مورد بررسی و مقایسه قرار گرفته است. تحقیق ارایه شده با رویکرد طراحی آزمایشات به روش تاگوچی بر مبنای آرایه متعامد L9 و تکنیک سطوح تکراری به انجام رسیده است. پارامترهای ورودی این آزمایشات شامل ولتاژ (دو سطحی)، شدت جریان (سه سطحی)، زمان روشنی پالس (سه سطحی) و زمان خاموشی پالس (سه سطحی) در نظر گرفته شده است. نتایج آزمایشات نشان دهنده کاهش زبری سطح ماشینکاری شده تا 32 درصد در حضور میدان مغناطیسی می باشد. تحلیل نتایج شامل تعیین نمودار های نسبت سیگنال به نویز متناظر با هر یک از پارامترهای ورودی و آنالیز واریانس توسط نرم افزار Minitab صورت گرفته است. نتایج بدست آمده گویای بهبود کیفیت سطح قطعه کار در حضور میدان مغناطیسی در مقایسه با شرایط ماشین کاری بدون وجود میدان مغناطیسی است. همچنین برمبنای نتایج حاصل از آنالیز واریانس در هر دو حالت مذکور، شدت جریان موثرترین پارامتر ورودی بر روی زبری سطح قطعه کار از جنس ماده مرکب A413 تقویت شده با %5/2 Al2O3،‬ تعیین شده است.

    کلیدواژگان: میدان مغناطیسی، ماشین کاری تخلیه الکتریکی، زبری سطح، نسبت سیگنال به نویز، آنالیز واریانس
|
  • Esmaeel Ahmadizadeh *, Reza Derakhshandeh Haghighi, Amin Rabiezadeh, Shiva Mansourzadeh Pages 1-12
    In this study the effect of UTP 2535 Nb and UTP 3545 Nb filler metals on the microstructure and oxidation resistance of the weld metal of GTAW welded 35Cr-45Ni alloy have been investigated. According to the results, microstructure of the weld metals includes Cr and Nb Carides precipitating along the grain boundaries of austenitic matrix. Weld metal of the sample welded with UTP 3545 Nb filler metal showed denser and more continuous carbides which arises from higher Cr content in this filler metal. According to the XRD analysis of the oxidized weld metals at 1000 ℃ for 96 h, all samples represent an external oxide layer, mostly consist of Cr oxide and an internal oxide layer, mostly composed of Si oxide. Weld metal of the sample welded with UTP 2535 filler metal showed the highest weight gain (4.3 mg/cm2) and oxide thickness (20 μm). For the weld metal of the other sample, these values were 3.6 mg/cm2 and 11 μm, respectively. It can be attributed to the higher Cr and Si in the UTP 3545 Nb filler metal. The first element results in a resistant, continuous, and defect free external oxide on the surface, and the latter one leads to formation of a resistant internal oxide, both strongly effective in improving the oxidation resistance of the weld zone.
    Keywords: Heat Resistant Alloy, high temperature oxidation, GTAW, Chromium oxide
  • Danial Jafari Farsaani, Elham Ameri * Pages 13-27
    To solve the problems caused by the use of chemical solvents such as amine solutions and caustic solution, a single bubble adsorption tower was used to investigate the effect of water-based nanofluids with nickel oxide nanoparticles on the CO2 adsorption process. CO2 was introduced as single bubbles from the end of a column, and the mass transfer coefficients and adsorption rates were investigated. The results showed that nickel oxide nanoparticles are hydrophobic and the addition of surfactant to nanofluid increases the surface electric charge of nickel oxide nanoparticles and increases the surface polarity for gas absorption. In this way, carbon dioxide gas is absorbed on the surface of nanoparticles due to its very polar nature, and this phenomenon increased the amount of gas absorption in the nanofluid by 270% compared to the base fluid.The maximum mass transfer flux for adsorption of CO2 with nanofluids containing nickle oxide nanoparticles was observed in the weight fraction of nanoparticles of 0.1%. To investigate the effect of important parameters on the mass transfer process in a single bubble tower, the parameters of nanoparticle weight fraction, gas injection nozzle diameter, with different levels were investigated. Finally, an experimental relationship was presented to estimate the mass transfer coefficient of CO2 gas, which is a function of the flow regime and microscopic structure of nanoparticles. The results showed that the amount of computational error for the proposed model is less than 20% and this model can estimate the laboratory results with a suitable approximation.
    Keywords: Nanofluid, Nickel oxide nanoparticles, Ceramic, gas absorption, corrolation
  • Ayub Karimzad Ghavidel, Gholamreza Kiani, Mahsa Mahdavinia Pages 29-44

    The aim of this research is to fabricate a moisture sensor based on porous nanostructure of pure tungsten trioxide (WO3) and doped with silver nanoparticles (SN), and to use the properties of ohmic changes, capacitance and impedance versus moisture as output. The structural characteristics of the prepared nanocomposite were examined by a scanning electron microscope and X-ray diffraction spectroscopy. The results showed that synthetic WO3 is in the form of spheres with dimensions of 3 to 7 μm, with a surface porous structure in size of 10 to 60 nm. To fabricate the sensors, first the materials were mixed and dispersed, then coated on the interdigitated electrode by sedimentation method. The investigation showed that the doped sensor with SN have a better performance in comparison with WO3 sample. Its sensitivity was obtained 4.4 and 0.68 MΩ/%RH for the relative humidity range of 20-50% and 50-90%, respectively, improved 7 and 5% compared to similar previous samples. The response and recovery time of this sensor was measured approximately 2 and 7 seconds, which is 37.5 and 41.4 times smaller than available samples, respectively. Decreasing the capacitance of the sensor to 3800 Pf by increasing the relative humidity to 90% is another finding. Significant impedance changes of the sensor versus the humidity alternations is other important result, showing that the impedance can be considered as a sensor output by compensating for errors of ohmic changes and capacitance.

    Keywords: Moisture sensor, Silver nanoparticles, Tungsten trioxide, Porous nanostructures, Impedance
  • AmirHosein Sheikhali *, MohammadAmin Kashi Saz Pages 45-55

    The aim of this research is to improve the corrosion resistance and create the active inhibitory in hybrid-silane coatings. Therefor the graphene oxide (GO) nano-sheets and the methylene triphosphonic acid (ATMP) were used as a protective pigment and organic inhibitor carrier in the coating, respectively. The peaks appearing in 1059, 1380, 1730, and 3430 cm-1 belong to hydroxyl stretching, carbonyl, hydroxyl bending, and epoxide groups confirmed the successful synthesis of GO nanoparticles by infrared transfer spectroscopy (FTIR). The displacement of two peaks of 230 and 250 nm in GO to 261 and 360 nm in GO-ATMP represent the successful reduction of graphene oxide by ATMP molecules. Then, the corrosion resistance of GO-ATMP coating was evaluated using electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and polarization tests. The results showed that the ATMP inhibitor improves the corrosion resistance properties of the coating, and the corrosion current density is reduced as 50%. After successfully inhibiting adsorption on GO plates, the coating (GO-ATMP) was applied on 2024 aluminum alloy sheets. The results of EIS and salt-spray tests showed that the corrosion resistance properties of GO-ATMP coatings improved due to restrict the access of corrosive environment to the metal surface. The intelligent releasing of the inhibitor during electrolyte penetration in scratched area of the coating was confirmed by the formation of a protective film in the scratch area in the electron microscope image of the sample. This caused to restrict the electrochemical reactions.

    Keywords: Graphene oxide, Silane hybrid coating, Self-healing, Corrosion resistante
  • Javad Moradpour, Hossein Peyman *, Hamideh Roshanfekr Pages 57-70
    Polyethylene terephthalate is used in various industries, but due to the lack of functional groups on the surface, it is limited in use and needs surface modification to improve the application. In this study, the surface of PET fibers was first functionalized with carboxylic acid groups. Then, in an alkaline medium, gold nanoparticles were synthesized sonochemically on their surface, and the effect of parameters affecting the size and density of nanoparticles was investigated and optimized (temperature, power of ultrasonic device, and pH). The ability of PET-AuNPs nanocomposites to remove industrial dyes from the environment was used, and the removal and measurement of methyl orange dye from aqueous media were used. The effect of initial dye concentration, time, and pH was investigated and optimized. In quantitative electrochemical dye measurements, the modified AuNPs-PET / CNT / Au electrode had a linear response in the range of 20 to 60 μM. The detection limit of this electrode was 55 μM, and the effect of potential scanning speed on peak flow and the effect of solution pH were investigated. Adsorption equation studies have shown that adsorption follows the obedience isotherm.
    Keywords: activation, Ultrasonic, Polyethylene terephthalate, Adsorbent, Gold nanoparticles
  • Shirin Kalantari *, Ali Shokuhfar Pages 71-82
    The purpose of this research is synthesis of nanocomposite with high photocatalyst property and magnetic separation ability in order to degradation of organic pollutants and reusability, respectively. Therefore, Eu doped ZnS - Fe3O4 nanocomposite is synthesized via sonochemical method which this method is easy and low cost. The synthesized photocatalyst is investigated with X-ray Diffraction Pattern (XRD), Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS), Photoluminescence Spectroscopy (PL), UV-Vis Spectrophotometry. As a consequence of testing the capability of magnetic separation, the high amount of photocatalyst attracted by the magnet guarantees the property of recyclability. Photocatalytic application in presence of synthesized nanocomposite for degradation of Rhodamine-B dye under UV-C and visible lamp is studied and results showed 81% and 78% degradation efficiency under UV-C lamp for 3 hours and visible lamp for 1 hour, respectively. In addition, stability and reuse investigation showed that the nanocomposite still remains its photocatalytic capacity after 3 cycles test.
    Keywords: nanocomposite, Photocatalyst, Eu dopant, Iron Oxide, Zinc sulfide
  • Ahmadreza Mizbani, Sayed Ehsan Mirmohammadsadeghi *, Ali Mokhtarian Pages 83-95

    In this research, the effect of electric discharge machining input parameters on the surface roughness of A413 composite reinforced with 2.5% Al2O3, in two cases with the presence of a magnetic field and without a magnetic field was investigated and compared. The research presented with Taguchi experiment design approach which is based on L9 orthogonal array and iterative surface technique. The input parameters of these experiments include voltage (two levels), current intensity (three levels), pulse on-time (three levels) and pulse off-time (three levels). Experiments results show machined surface roughness reduction in presence of magnetic field up to 32 percent. The analysis of the results included the determination of signal-to-noise ratio diagrams corresponding to each of the input parameters and analysis of variance by Minitab software. The results show that the surface quality of the workpiece improves in the presence of a magnetic field compared to machining conditions without a magnetic field. Also, based on the results of analysis of variance in both cases, the current intensity is the most effective input parameter on the surface roughness of the workpiece made of A413 composite reinforced with 2.5% Al2O3.

    Keywords: magnetic field, Electric discharge machining, Surface Roughness, Signal-to-noise ratio, analysis of variance