فهرست مطالب

مواد پیشرفته در مهندسی - سال چهل و دوم شماره 1 (بهار 1402)

فصلنامه مواد پیشرفته در مهندسی
سال چهل و دوم شماره 1 (بهار 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/07/23
  • تعداد عناوین: 6
|
  • شیما سلطانی نژاد، سعید حسنی*، علیرضا مشرقی صفحات 1-16
    نانوذرات مغناطیسی فریت کبالت به علت خواص مطلوب در گستره وسیعی از کاربردها از قبیل کاربردهای پزشکی مورد توجه قرار گرفته اند. اگر چه عموما نانوذرات مغناطیسی برای این کاربرد ها مناسب هستند، اما به علت سمی بودن، استفاده از آن ها با محدودیت هایی همراه است. بنابراین با اعمال یک لایه پوشش زیست سازگار سعی می شود تا آسیب های ناشی از سمیت این دسته از نانوذرات به حداقل برسد. در این راستا در پژوهش حاضر سعی شد تا ضمن تولید نانوذرات فریت کبالت آلاییده شده با گادولنیم و کلسیم به روش سل-ژل احتراقی، با پلیمرهای کیتوسان و پلی اتیلن گلیکول تحت پوشش دهی قرار گیرد. آزمون پراش پرتو ایکس به همراه آنالیز ریتولد تشکیل نانوذرات فریت کبالت خالص با متوسط اندازه بلورک های 27 نانومتر را تایید کرد. همچنین نتایج آنالیزهای وزن سنجی حرارتی و طیف مادون قرمز تبدیل فوریه به خوبی موید تشکیل لایه پوشش روی سطح نانوذرات پوشش دهی شده با کیتوسان و پلی ایتلن گلیکول بودند. بررسی خواص مغناطیسی نانوذرات نشان داد که اعمال لایه پوشش خواص مغناطیسی را تحت تاثیر قرار می دهد به گونه ای که مغناطش اشباع (Ms) از 67/93 به emu/g 74/61 افزایش می یابد. این در حالی است که نیروی پسماندزدای مغناطیسی (Hc) در نتیجه فرایند پوشش دهی از 982/86 به Oe 908/13 کاهش یافت.
    کلیدواژگان: فریت کبالت، آنالیز ریتولد، آلاییدن، سل-ژل، کیتوسان، پلی اتیلن گلیکول
  • یاسین مویدفرد، عبدالرضا صمیمی، حامد خسروی*، راضیه بیگمرادی صفحات 17-32
    در تحقیق حاضر، اثرات میدان مغناطیسی و پاشش الکتریکی بر جهت گیری نانولوله های کربنی پایدارشده با عامل سطحی کربوکسیل در زمینه جاذب آلژینات-نانولوله های کربنی و هچنین بر جذب متیلن بلو مورد بررسی قرار گرفت. ویژگی های جاذب و عملکرد آن ها با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی و طیف سنج مریی- فرابنفش بررسی شدند. تصاویر میکروسکوپی نشان داد که به واسطه دو ساعت قرارگرفتن کلویید آلژینات-نانولوله های کربنی در میدان مغناطیسی، با متوسط قدرت 318 میلی تسلا، نانولوله ها به طور قابل توجهی در زمینه پلیمری جهت گیری پیدا کردند. این در حالی است که پاشش قطرات کلوییدی تحت میدان الکتریکی تاثیر ناچیزی در همراستا سازی آن ها داشته و اساسا منجر به ریزسازی قطرات و افزایش نسبت سطح به حجم ذرات شده است. با تلفیق میدان های مغناطیسی و الکتریکی در حضور نانولوله ها، به میزان 92/2 درصد جذب متیلن بلو، در مقایسه با حالت صرفا پاشش الکتریکی (71 درصد) و صرفا پاشش الکتریکی بدون حضور نانولوله ها (59 درصد) به دست آمد. این تحقیق نشان داد که جهت گیری نانولوله های کربنی تحت میدان های مغناطیسی و الکتریکی در افزایش راندمان جذب آلاینده های زیست محیطی موثر بوده و می تواند منجر به تولید جاذب های اقتصادی تر شود.
    کلیدواژگان: آلژینات، نانولوله های کربنی، متیلن بلو، جهت گیری نانولوله های کربنی، جذب سطحی
  • خشایار زمانی*، علی قاسمی، مجید طاووسی، غلامرضا گردانی صفحات 33-44
    هدف از انجام پژوهش حاضر، بررسی تاثیر تقویت کننده فاز مکس Ti3AlC2 بر رفتار الکترومغناطیس کامپوزیت های زمینه TiC است. در این رابطه، از فرایند آسیاب کاری و عملیات حرارتی ثانویه برای سنتز کامپوزیت مورد نظر بهره گرفته شد. بررسی ساختارهای حاصل توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی، آنالیز حرارتی افتراقی و دستگاه پراش سنج پرتو ایکس انجام شد. بررسی رفتار الکترومغناطیسی توسط دستگاه تحلیلگر شبکه ای دنبال شد. بررسی های انجام شده نشان داد که امکان ایجاد ساختار کامپوزیتی TiC/Ti3AlC2 به صورت درجا پس از آسیاب کاری وجود دارد. بررسی های الکترومغناطیسی نشان داد، رفتار جذب الکترومغناطیسی کامپوزیت زمینه سرامیکی TiC/Ti3AlC2 نسبت به TiC اولیه بهبود یافته است، به ‍ صورتی که کمترین اتلاف بازتاب کامپوزیت مذکور آسیاب شده برابر با 19/46- دسی بل در محدوده بسامدی باند 1 الی 18 گیگاهرتز بود. پس از عملیات آنیل در دمای 1400 درجه سانتی گراد، مشخص شد فاز Ti3AlC2 حاصل از فرایند آسیاب کاری پایدار نبوده و به محلول جامد تک فاز TiCx تبدیل شد. بررسی های الکترومغناطیسی نمونه آنیل شده نشان داد پس از حذف فاز مکس، رفتار جذب الکترومغناطیسی تضعیف می شود. بدین گونه که کمترین اتلاف بازتاب نمونه آنیل شده برابر با 9/82- دسی بل بود.
    کلیدواژگان: ترکیب بین فلزی Ti3AlC2، آسیاب کاری، عملیات حرارتی، جاذب امواج الکترومغناطیسی
  • مرضیه یحیی ذمه، مجید کاوانلوئی*، مهرداد شهباز، یونس بیگی خسروشاهی صفحات 45-57
    در این تحقیق پودر Mg-3Zn با استفاده از آسیاب سیاره ای تحت اتمسفر آرگون تولید شد. هدف از این پژوهش بررسی اثر زمان آسیاکاری (2/5، 5، 7/5 و 10 ساعت) بر روی تغییرات ریز ساختاری و مشخصات بلورشناسی Mg-3Zn است. برای بررسی فازهای ایجاد شده در طی زمان های مختلف آسیا کاری از آنالیز پراش پرتو ایکس استفاده شد. همچنین مورفولوژی پودرهای سنتز شده با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی مورد بررسی قرار گرفت. مشخصه های بلوری پودرهای تولید شده کامپوزیتی مانند اندازه بلورک، کرنش و پارامتر شبکه با استفاده از روش های ویلیامسون-هال و روش ریتولد به طور کامل ارزیابی شد. اثر زمان آسیا کاری بر روی خواص مکانیکی پودرها با استفاده از آزمون میکروسختی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد با افزایش زمان آسیا کاری اندازه بلورک، پارامتر شبکه و سختی پودر Mg-Zn  کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: آلیاژسازی مکانیکی، Mg-3Zn، متالورژی پودر، آسیاب گلوله ای سیاره ای
  • حامد نادری سامانی، رضا شجاع رضوی*، رضا مظفری نیا صفحات 59-71
    در این تحقیق نانوذرات هسته- پوسته مس/ نقره به روش فرسایش لیزری در مایع با استفاده از لیزر Nd:YAG نانوثانیه سنتز شدند. سنتز نانوذرات هسته - پوسته مس/ نقره با روش فرسایش لیزری در مایع به صورت تک مرحله ای با تنظیم پارامترهای فرایندی در انرژی 450 میلی ژول/ پالس، طول موج 1064 نانومتر، فرکانس 3 هرتز و سرعت روبش 6 میلی متر بر ثانیه در محیط استون انجام گرفت. مشخصه یابی نانوذرات سنتز شده با استفاده از آنالیزهای طیف سنجی نوری مریی- فرابنفش (UV-Vis)، طیف سنجی جذب اتمی (AAS)، پراش نور دینامیکی (DLS)، میکروسکپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (FESEM)، میکروسکپ الکترونی عبوری با قدرت تفکیک بالا (HRTEM) و پراش اشعه ایکس (XRD) انجام گرفت. بررسی ها تایید کردند که نانوذرات CACS دارای اندازه نانومتری، مورفولوژی کروی و دارای ساختار هسته- پوسته مس / نقره خالص هستند.
    کلیدواژگان: نانوذرات هسته- پوسته، مس، نقره، فرسایش لیزری، محلول کلوئیدی
  • مسعود رفیعی *، علی شفیعی صفحات 73-83

    امروزه در صنعت فولاد و در واحد گندله سازی در راستای طبقه بندی گندله های سنگ آهن از صفحات غلتکی استفاده می شود. صفحات غلتکی یا رول های اسکرین نوعی دستگاه غربالگری است که کاربرد آن ها تعیین اندازه، دانه بندی و همچنین جابجایی مواد می باشد. در این پژوهش رفتار خوردگی این رول ها در دو محیط آبی مختلف شامل آب فرش (آشامیدنی) و آب برگشتی (C60) مورد ارزیابی قرار گرفت. ابتدا آزمون طیف سنجی جرقه ای جهت اندازه گیری ترکیب شیمیایی و در ادامه آزمون های خوردگی الکتروشیمیایی بر روی قطعات فولادی +A ،A و B در دمای 25 درجه سانتی گراد انجام گردید. آزمون مدار باز به منظور اندازه گیری پتانسیل مدار باز و بررسی رفتار کلی قطعات انجام شد. سپس آزمون امپدانس الکتروشیمیایی به جهت ارزیابی مقاومت به خوردگی و شرایط سطحی، آزمون پلاریزاسیون پتانسیودینامیک برای تعیین سرعت خوردگی و آزمون حفره دار شدن برای ارزیابی شرایط خوردگی حفره ای انجام شد. نتایج این آزمون ها نشان داد که قطعه +A به دلیل وجود مقدار بیشتری از عنصر مولیبدن در ساختار، در هر دو محیط بیشترین مقاومت به خوردگی و قطعه A بیشترین سرعت خوردگی را داشته اند. همچنین نتایج نشان داد خوردگی تمام قطعات در آب فرش کمتر از خوردگی در آب C60 است که عامل اصلی این تفاوت به کمتر بودن یون های مهاجمی همچون کلر در آب فرش نسبت به آب C60 مربوط می شود. علاوه بر خوردگی یکنواخت و خوردگی حفره ای، خوردگی گالوانیک بین فازهای موجود در ریزساختار نیز از علت های اصلی خوردگی آلیاژ ارزیابی شد. طبق تصاویر متالوگرافی قطعات و نتایج سختی سنجی ریز ساختار هر سه قطعه مارتنزیتی بود که در قطعات A و B فاز فریت دلتا در زمینه مارتنزیت مشاهده شد.

    کلیدواژگان: صفحات غلتکی، خواص خوردگی، گندله سازی، مورفولوژی
|
  • Sh. Soltani-Nezhad, S. Hasani *, A.R. Mashreghi Pages 1-16
    Magnetic cobalt ferrite nanoparticles have been widely employed in various applications, such as medical applications due to their desirable characteristics. Although generally magnetic nanoparticles are appropriate for such employments, their applications are restricted due to their toxic properties. Hence, it is tried to decrease the toxic damages by using a biocompatible coating layer. For this purpose, in the present study, it was tried to synthesize Ca2+ and Gd3+ doped cobalt ferrite nanoparticles by the sol-gel auto-combustion method and coat them with chitosan and polyethylene glycol polymers. X-ray diffraction (XRD) pattern along with the Rietveld refinement results confirmed the formation of pure cobalt ferrite nanoparticles with the average crystallite size of 27 nm. Moreover, the results of both thermogravimetry (TGA) test and Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy confirmed the formation of a coated layer of chitosan and polyethylene glycol polymers on the surface of nanoparticles. Magnetic characterization of the synthesized nanoparticles indicated that the formation of the coating layer can affect the magnetic properties, so that the saturation magnetization (Ms) increased from 67.93 to 74.61 emu/g. However, the coercivity (Hc) decreased from 982.86 to 908.13 Oe as a result of the formation of the coating layer.
    Keywords: Cobalt Ferrite, Rietveld refinement analysis, doping, Sol-gel, Chitosan, Polyethylene glycol
  • Y. Moayedfard, A.R. Samimi, H. Khosravi *, R. Beigmoradi Pages 17-32
    In the present study, the effect of magnetic field and electrospray on the orientation of carbon nanotubes (CNT), stabilized with COOH, in the obtained alginate/CNT adsorbent’s matrix, as well as the adsorption of methylene blue, were investigated. FE-SEM and UV-visible spectroscopy were used to determine the characteristics and performance of absorbents. The images showed that the CNTs were significantly oriented in the polymer matrix by placing alginate-CNTs colloid in a magnetic field with an average strength of 318 mT for 2 h. While the spraying of colloidal droplets under the electric field had a negligible effect on the alignment of CNTs, it led to the size reduction of the droplets and an increase in the specific surface area of particles. By combining magnetic and electric fields in the presence of CNT, 92.2% of the methylene blue adsorption was obtained, which was higher than electrospray only (71%), and electrospray only without CNTs (59%). This research revealed that the orientation of carbon nanotubes under magnetic and electric fields was effective in increasing the adsorption efficiency of environmental pollutants and can lead to the production of more economical adsorbents.
    Keywords: Alginate, carbon nanotubes, Methylene blue, Orientation of carbon nanotubes, Surface adsorption
  • Kh. Zamani *, A. Ghasemi, M. Tavoosi, Gh. Gordani Pages 33-44
    The present research has aimed to investigate the effect of Ti3AlC2 reinforcing MAX phase on the electromagnetic behavior of TiC matrix composites. In this case, the milling process and secondary heat treatment were used for the synthesis of the composite. The resulting structures were examined by scanning electron microscope, differential thermal analysis, and X-ray diffractometer. Electromagnetic behavior was investigated by vector network analyzer. The investigations showed that it is possible to create a TiC/Ti3AlC2 composite structure in situ after milling. Electromagnetic investigations revealed that the electromagnetic absorption behavior of TiC/Ti3AlC2 ceramic matrix composite was improved compared to the original TiC. So that the lowest reflection loss of the milled composite was equal to -19.46 dB in the frequency range of 1 to 18 GHz band. After annealing at 1400 °C, it was found that the Ti3AlC2 phase resulting from the milling process was not stable and turned into the single phase solid solution of TiCx. Electromagnetic investigations of the annealed sample showed that after removing the MAX phase, the electromagnetic absorption behavior was weakened. Thus, the lowest reflection loss of the annealed sample was equal to -9.82 dB.
    Keywords: Ti3AlC2 intermetallic compound, Milling, Heat treatment, Electromagnetic absorbing materials
  • M. Yahyazameh, M. Kavanlouei *, M. Shahbaz, Y. Beygi-Khosrowshahi Pages 45-57
    In this study, Mg-3Zn nanocomposite powder was produced using planetary ball mill under argon atmosphere. The aim of this work was to study the effect of milling time (2.5, 5, 7.5, and 10 h) on the crystallographic features and microstructure of Mg-3Zn. X-Ray diffraction (XRD) was used to investigate phase analysis of various milled powders. Also, the morphology of different samples were observed by scanning electron microscopy (SEM). The crystallographic features of the composite powders such as crystallite size, strain, and lattice parameter were thoroughly characterized by Rietveld and Williamson-Hall methods. The effect of milling time on the mechanical properties of the powders was evaluated using microhardness test. The results declared that crystallite size, lattice parameter, and microhardness of Mg-Zn powder decreased with increasing milling time.
    Keywords: mechanical alloying, Mg-3Zn, Powder metallurgy, Planetary ball mill
  • H. Naderi-Samani, R. Shoja Razavi *, R. Mozaffarinia Pages 59-71
    In this research, Cu/Ag core-shell nanoparticles were synthesized by laser ablation in liquid using a nanosecond Nd:YAG laser. The synthesis of Cu/Ag core-shell nanoparticles by the laser ablation in liquid method was done in a single step by setting the process parameters at 450 mj/pulse energy, 1064 nm wavelength, 3 Hz frequency and 6 mm/s scanning speed in an acetone environment. Characterization of the synthesized nanoparticles using ultraviolet visible spectroscopy (UV-Vis), atomic absorption spectroscopy (AAS), dynamic light scattering (DLS), field emission scanning electron microscopy (FESEM), high resolution transmission electron microscopy (HRTEM), and X-ray diffraction (XRD) were performed. The investigations confirmed that CACS nanoparticles had nanometric size, spherical morphology, and core-shell structure of pure copper/silver.
    Keywords: Core-shell nanoparticles, Copper, silver, laser ablation, colloidal solution
  • M. Rafiee *, A. Shafyei Pages 73-83

    Nowadays, roller plates are used in the steel industry and pellet making unit in order to classify iron ore pellets. Roller plates or screen rolls are a type of screening device, which are used to determine size, granulation, and transfer of materials. In this research, the corrosion behavior of these rolls was evaluated in two different water environments including fresh water (drinking) and return water (C60). First, the spark spectrometry test was performed to measure the chemical composition, and then the electrochemical corrosion tests were performed on steel parts A+, A, B at a temperature of 25 °C. The open circuit potential test was performed to measure the open circuit potential and study the general behavior of the components. Then electrochemical impedance spectroscopy test was performed to evaluate corrosion resistance and surface conditions, potential dynamic polarization test to determine corrosion rate and, pitting test to evaluate pitting corrosion conditions. The results of these tests showed that the A+ part had the highest corrosion resistance and the A part had the highest corrosion rate in both environments due to the presence of a larger amount of molybdenum element in the structure of A+ part compared to A. Also, the results showed that the corrosion of all parts in fresh water was less than the corrosion in C60 water. The main reason for this difference was related to less aggressive ions such as chlorine in fresh water compared to C60 water. In addition to uniform corrosion and pitting corrosion, galvanic corrosion between phases in the microstructure was also determined as one of the main causes of alloy corrosion. According to the metallographic images of the parts and the hardness measurement results, the microstructure of all three parts was martensitic, which was observed in parts A, B, and delta ferrite phase in the martensitic field.

    Keywords: Roller plates, Corrosion properties, Pelletizing, morphology