فهرست مطالب

مهندسی متالورژی و مواد - سال سی و چهارم شماره 3 (پاییز 1402)

نشریه مهندسی متالورژی و مواد
سال سی و چهارم شماره 3 (پاییز 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/07/01
  • تعداد عناوین: 6
|
  • ابراهیم یوسفی، معصومه سیف اللهی*، سید مهدی عباسی صفحات 1-16

    در این پژوهش، تاثیر پارامترهای دما و زمان پیرسازی بر ریزساختار و سختی آلیاژ آنتروپی بالای Al10Co25Cr8Fe15Ni36Ti6 مورد بررسی قرار گرفته است. نمونه ها در دماهای 850، 900 و 950 درجه سانتی گراد به مدت 16-1 ساعت پیرسازی شدند و ریزساختار آنها توسط تفرق اشعه ایکس و میکروسکوپ الکترونی روبشی ارزیابی شد. ریزساختار شامل رسوبات ′γ و فاز NiAl در زمینه γ است. با افزایش دمای پیرسازی، کسر حجمی و اندازه رسوبات ′γ در زمان 8 ساعت از 60 درصد و 338 نانومتر در 850 درجه سانتی گراد تا 31 درصد و 123 نانومتر در 950 درجه سانتی گراد کاهش یافته است. همچنین مورفولوژی رسوبات ′γ اولیه از شبه کروی به کروی تغییر پیدا کرده است. با افزایش دمای پیرسازی ابتدا سختی نمونه ها از 314 تا 329 ویکرز افزایش و سپس تا 327 ویکرز کاهش پیدا کرده است. بهترین خواص کششی دمای بالا با استحکام کششی 9/840 مگاپاسکال و انعطاف پذیری 9/17 درصد در دمای پیرسازی 850 درجه سانتی گراد حاصل شده است.

    کلیدواژگان: آلیاژ آنتروپی بالا، Al10Co25Cr8Fe15Ni36Ti6، گاماپرایم، ریزساختار، سختی
  • محمد علی پور* صفحات 17-27

    بعد از کشف نانولوله های کربنی مشاهدات نشان داد که نانولوله های کربنی دارای خواص چند منظوره بوده و به عنوان یک ماده تقویت کننده برای نانوکامپوزیت های فلزی می توان از آنها استفاده کرد. در این تحقیق، نانولوله های کربنی چند جداره به عنوان تقویت کننده نانوکامپوزیت با زمینه آلیاژ Cu-5Zn استفاده شده است. نانولوله های کربنی در درصدهای 1- 25/0 به نانوکامپوزیت اضافه شد. برای پراکندگی خوب نانولوله های کربنی در زمینه، از امواج آلتراسونیک استفاده شد. برای ساخت نمونه های نانوکامپوزیت از پرس و فرایند تف جوشی استفاده شد. با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی ریزساختار مورد مطالعه قرار گرفت. تاثیر نانولوله های کربنی بر روی خواص مکانیکی مانند میکروسختی و استحکام کششی نانوکامپوزیت مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان دادند که با افزودن نانولوله های کربنی خواص مکانیکی بهبود می یابد. مکانیزم پیشنهادی برای افزایش استحکام در نانوکامپوزیت های تقویت شده با نانولوله های کربنی مکانیزم پل زنی می باشد. میکروسختی نانوکامپوزیت ها با افزایش نانولوله های کربنی تا 75/0 درصد، به صورت خطی افزایش یافته و میزان افزایش سختی نانوکامپوزیت با فاز تقویت کننده نانولوله کربنی، 36 درصد بیشتر از آلیاژ پایه مس-روی به دست آمده است. استحکام کششی نانوکامپوزیت های مس با افزایش میزان تقویت کننده نانولوله های کربنی، MPa 289 به دست آمده که در مقایسه با آلیاژ پایه مس-روی با استحکام MPa 165 افزایش چشم گیری داشته است.

    کلیدواژگان: نانولوله های کربنی، مس، متالورژی پودر، خواص مکانیکی، نانوکامپوزیت
  • نرگس جوهری*، فاطمه زهرا کسائیان صفحات 29-41

    بافت پوست به عنوان بزرگ ترین و یکی از مهم ترین اندام های بدن انسان که بیش از سایر بافت ها در معرض آسیب است از سه لایه اصلی اپیدرم، درم و هیپودرم تشکیل شده است. از مهندسی بافت و مواد بیولوژیکی به عنوان پشتیبان سلول می توان برای بازسازی بخش های آسیب دیده این بافت استفاده کرد. در پژوهش حاضر، به منظور الگوبرداری از بافت زنده پوست و تسریع بهبودی زخم، داربستی سه لایه ساخته شد. نانوکامپوزیت پایه پلیمری متخلخل پلی کاپرولاکتون/ نانوذرات اکسید روی با مقادیر صفر، 5، 10 و 15 درصد وزنی از نانوذرات اکسید روی در دو لایه و به روش ریخته گری حلال/شستشوی نمک ساخته شد. لایه سوم از جنس کیتوسان و به صورت غشا به کمک عامل پیوند عرضی کننده هیدروکسید سدیم روی دو لایه قبلی اضافه شد. ساختار فازی، گروه عاملی شیمیایی و مورفولوژی داربست های ساخته شده به ترتیب با استفاده از الگوی پراش پرتو ایکس (XRD)، طیف سنجی مادون قرمز با تبدیل فوریه (FTIR) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) مورد بررسی قرار گرفتند. برای ارزیابی خواص مکانیکی، داربست های ساخته شده مورد آزمون استحکام فشاری قرار گرفتند. نتایج به دست آمده نشان داد که تخلخل داربست های سه لایه ساخته شده تا حدی به صورت گرادیانی تغییر یافته است. انسجام ساختاری، یکپارچگی مورفولوژی و استحکام فشاری داربست های با 5 درصد وزنی نانوذرات اکسید روی که در آنها از عامل پیوند عرضی کننده برای افزودن غشای کیتوسان استفاده شده بود به طور قابل توجهی بیشتر از سایر داربست های ساخته شده بود.

    کلیدواژگان: داربست، مهندسی بافت پوست، پلی کاپرولاکتون، کیتوسان، نانو ذرات اکسید روی، عامل پیوند عرضی، هیدروکسید سدیم
  • علی حسینیان نائینی، محمدرضا کلائی، امید مرادی، نیازمحمد محمودی* صفحات 43-76

    وجود آلاینده های آلی مختلف مانند رنگزاها در آب باعث تغییر رنگ آب و کیفیت آن می شود و تاثیر مخربی بر سلامت همه موجودات زنده کره زمین دارد. فرآیندهای مختلفی از جمله فرآیندهای فیزیکی (جذب، غشاء و غیره)، فرآیندهای شیمیایی (اکسیداسیون پیشرفته، فوتوفنتون، ازن زنی و غیره) و فرآیندهای بیولوژیکی برای حذف رنگزاها استفاده می شود. امروزه محققین در زمینه حذف آلاینده های رنگی تحقیقات زیادی انجام می دهند. فرآیند جذب سطحی یکی از مناسبترین روش ها برای تصفیه پساب می باشد دلیل اصلی آن هزینه پایین و ساده بودن این روش می باشد. در این پژوهش، حذف آلاینده های رنگی با نانوکامپوزیتهای مختلف با پارامترهای تاثیر گذار بر جذب سطحی شامل دوز جاذب، غلظت آلاینده، pH محلول و دما با جزییات بررسی شدند. همچنین ایزوترم، سینتیک و ترمودینامیک جذب با مدل های مختلف مطالعه شدند. بررسی ها نشان می دهد که فرآیند جذب سطحی کارایی زیادی در تصفیه پساب دارد.

    کلیدواژگان: جاذب نانوکامپوزیتی، پساب رنگی، حذف آلاینده آلی
  • آرزو خراجی، نادیا نقوی*، حجت زامیاد صفحات 77-94
    کامپوزیت های پلیمری فلزی- یونی (IPMC) مواد هوشمندی هستند که ساختارشان شامل دو بخش فلزی و الاستومری است. از نظر کاربردی در دسته پلیمرهای الکترواکتیو قرار می گیرند که گزینه مناسبی برای استفاده به عنوان سنسور و عملگرهای نرم با ولتاژ تحریک اندک هستند. در کاربرد بعنوان عملگر، خمش IPMC علاوه بر ولتاژ تحریک، متاثر از عوامل ذاتی و محیطی است. پیش بینی «اثر پس آرامش» چالشی جدی در بکارگیری عملی IPMC است. اصطلاح اثر پس آرامش برای کاهش تدریجی خمش IPMC و بازگشت آن به طرف کاتد، تحت تحریک با ولتاژ ثابت بکار می رود. در این پژوهش برای اولین بار، اثر پس آرامش در رفتار خمشی IPMC در فضای سه بعدی با نرم افزار Comsol مدل سازی شده است. مقایسه نتایج با داده های آزمایش عملی، حاکی از دقت 93 درصدی مدل سازی در پیش بینی جابجایی است که سایر اطلاعات مهم عملکردی مانند تغییرات غلظت و توزیع تنش در ماده را نیز تایید می کند. استفاده از این مدل برای پیش بینی رفتار IPMC، در مقایسه با انجام آزمایش های عملی، ازلحاظ وقت و هزینه بسیار مقرون به صرفه خواهد بود.
    کلیدواژگان: مواد هوشمند، IPMC، اثر پس آرامش، کامسول، مدل سازی چندفیزیکی
  • سمانه صاحبیان*، ریحانه رضانیا، ابوالفضل باباخانی صفحات 95-107

    نانو کامپوزیت های زمینه پلیمری رسانا انتخاب مناسبی به عنوان یک ماده رسانا هستند. در کامپوزیت های پلیمری رسانا با ساختار جدا یش یافته، آستانه نفوذ کمتری از کامپوزیت های رندوم دارند، زیرا ذرات به جای توزیع تصادفی در کل سیستم ، تنها در سطح مشترک ذرات -زمینه پلیمری قرار دارند. در این پژوهش، به منظور دستیابی به رسانایی قابل توجه در درصدهای وزنی کم فاز رسانا، نانوکامپوزیت های CNT/HDPE با ساختار جدایش یافته به روش اختلاط در حالت خشک تولید شدند. به منظور بهبود خواص مکانیکی، فاز پلیمری دوم، که دارای وزن مولکولی کمتر از پلیمر اول است، به این کامپوزیت ها، اضافه شد. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی، وجود CNT ها را در مرزهای گرانول های پلیمری تایید کرد. میزان رسانایی در یک درصد وزنی فاز CNT در کامپوزیت فاقد فاز پلیمری دوم S/m 0491/1 و در کامپوزیت دارای فاز پلیمری دوم S/m 4518/0 و حدآستانه در حضور فاز LDPE و بدون آن برابر Vol% 079/0 گزارش شد. نتایج آزمون کشش نیز بهبود خواص مکانیکی را در کامپوزیت L-2CNT نسبت به H-2CNT نشان داد .تنش تسلیم و کرنش شکست در حضور فاز LDPE به ترتیب 11/26% و 62/208% درصد افزایش داشته است.

    کلیدواژگان: ساختار سگرگیت، نانوکامپوزیت، نانولوله کربنی، پلی اتیلن با دانسیته بالا، پلی اتیلن با دانسیته کم
|
  • Ebrahim Yousefi, Masumeh Seifollahi *, Seyed Mahdi Abbasi Pages 1-16

    The effect of ageing time and temperature on the microstructure and hardness of Al10Co25Cr8Fe15Ni36Ti6 high entropy alloys is investigated in this article. The alloy melted in vacuum induction melting furnace and purified using vaccum arc remelting process. Then homogenized at 1220°C for 17 hours. Then sample aged at 850, 900 and 950°C for 1-16 hours and assessed using XRD and SEM. The microstructure is involved ′γand NiAl precipitates and γ matrix. With increasing ageing temperature, the volume fraction and size of ′γ decreased from 60 Vol% and 338 nm at 850°C to 31 Vol% and 123 nm at 950°C, respectively. The ′γprimary morphology is cubic which changed to square and semi-square like. The hardness of alloy is 314, 329 and 327 Hv at 850, 900 and 950 °C, respectively. According to these results, 850°C for 8 hours is the best ageing conditions. The best high temperature tensile properties of 840.9 MPa ultimate tensile strength and 17.9 elongation obtained at 850 °C.

    Keywords: High entropy alloys, Al10Co25Cr8Fe15Ni36Ti6, gamma prime, Microstructure, Hardness
  • Mohammad Alipour * Pages 17-27

    After the discovery of carbon nanotubes, observations showed that carbon nanotubes have multi-purpose properties and can be used as a reinforcing material for metal nanocomposites. In this research, multi-walled carbon nanotubes have been used as nanocomposite reinforcement with Cu-5Zn alloy base. Carbon nanotubes were added to the nanocomposite in percentages of 0.25-1. Ultrasonic waves were used for good dispersion of carbon nanotubes in the field. Pressing and sintering processes were used to make nanocomposite samples. The microstructure was studied using a scanning electron microscope. The effect of carbon nanotubes on mechanical properties such as microhardness and tensile strength of nanocomposite was investigated. The results showed that the mechanical properties are improved by adding carbon nanotubes. The proposed mechanism for increasing the strength in nanocomposites reinforced with carbon nanotubes is the bridging mechanism. The microhardness of nanocomposites increases linearly with the increase of carbon nanotubes up to 0.75%, and the increase in hardness of nanocomposite with carbon nanotube reinforcing phase is 36% more than copper-zinc base alloy. The tensile strength of copper nanocomposites is 289 MPa by increasing the amount of carbon nanotube reinforcement, which is a significant increase compared to the base copper-zinc alloy with a strength of 165 MPa.

    Keywords: Carbon nanotubes, copper, Powder Metallurgy, Mechanical properties, Nanocomposites
  • Narges Johari *, Fatemezahra Kasaeian Pages 29-41

    Skin, as the largest and one of the most vital organs of the human body, which is subject to damage more than other tissues, consists of three main layers: epidermis, dermis, and hypodermis. Tissue engineering and biomaterials as cell support can be used to regenerate the damaged parts of skin. In the present study, a three-layer scaffold was made for biomimicking the native skin tissue and accelerating wound healing. Poly(ε-caprolactone)/zinc oxide nanoparticles as porous polymer nanocomposite containing 0, 5, 10 and 15 wt.% zinc oxide nanoparticles prepared in two layers using solvent casting/salt leaching method. The third layer of chitosan as the external membrane was added by sodium hydroxide cross-linking agent on the previous two layers. The phase structure, chemical functional group, and morphology of the prepared scaffolds were investigated using X-ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), and scanning electron microscopy (SEM), respectively. To evaluate the mechanical properties, the prepared scaffolds were subjected to compressive strength test. The obtained results showed that the porosity of the three-layered scaffolds was partially changed in a gradient behavior. The structural integrity, morphological cohesion, and compressive strength of the scaffolds with 5 wt.% zinc oxide nanoparticles in which the cross-linking agent was used to add the chitosan membrane were significantly higher than the other prepared scaffolds.

    Keywords: scaffold, Skin tissue engineering, Poly(&epsilon, -caprolactone), Chitosan, Zinc oxide nanoparticles, Cross-linking agent, sodium hydroxide
  • Ali Hosseinian Naeini, MohammadReza Kalaee, Omid Moradi, Niyaz Mohammad Mahmoodi * Pages 43-76

    The presence of various organic pollutants such as dyes in water changes the color of water or its quality and creates a terrible effect on the health of all creatures on the planet. Today, researchers have done a lot of research in the field of removing organic pollutants and have chosen the best method for wastewater treatment, which includes the adsorption process, the main reason for which is the low cost and simplicity of this method. Several methods including physical (adsorption, membrane, etc.), chemical (advanced oxidation, photo-Fenton, ozonation, etc.), and biological processes are used to remove dyes. In this research, the removal of dyes as organic pollutants with different nanocomposites with parameters affecting surface adsorption, which include adsorbent dosage, equilibrium absorption capacity, solution pH and temperature, and based on isotherm, kinetics, and thermodynamics, have been investigated with different models. The results showed that the adsorption process has a great impact on the environment with wastewater treatment.

    Keywords: Nanocomposite adsorbent, Colored wastewater, Organic pollutant removal
  • Arezoo Kharaji, Nadia Naghavi *, Hojat Zamyad Pages 77-94
    Ionic Polymer Metal Composites (IPMC) are smart materials that consist of two parts, metal, and elastomer. Functionally, IPMCs are a group of electroactive polymers that, due to their special structure, are a suitable option for use as sensors and soft actuators with low excitation voltage. When used as an actuator, in addition to the excitation voltage, IPMC bending is affected by intrinsic and environmental factors. One of the serious challenges in the practical application of IPMC is the prediction of the "Back-Relaxation effect". The term back-relaxation effect is a term used for the gradual reduction of IPMC bending and return to the cathode side under constant voltage excitation. In this research, the effect of back-relaxation on the bending behavior of IPMC has been modeled in three dimensions with Comsol software, for the first time. The comparison of the results with the practical test data indicates high accuracy of 93% of the modeling in predicting displacement, which also confirms other important performance information such as concentration changes and stress distribution in the material. Using this model to predict IPMC behavior will be very cost-effective in terms of time and cost compared to practical tests.
    Keywords: Smart Material, Ionic Polymer Metal Composite (IPMC), Back-Relaxation effect, Comsol, Multiphysics Modeling
  • Samane Sahebian *, Reyhaneh Rezania, Abolfazl Babakhani Pages 95-107

    Conductive polymer matrix nanocomposites are suitable choice as a conductive material. in conductive polymer composites with segregated structure, percolation threshold is lower than random composites by the reason of particles location. In these composites particles are only located at polymers matrix particles interface instead of being distributed randomly throughout the system. in this study, a HDPE/CNT nanocomposites with segregated structure were fabricated by dry mixing method in order to achieve significant conductivity in low weight conductive phase percentages. due to Improve mechanical properties, the second polymer phase, which has a lower molecular weight than first polymer, was added to composites structure. SEM images confirms the presence of CNTs at polymer granules boundaries. The conductivity in one weight percent of CNT phase for composite without second polymer phase was reported as 1.0491 S/m and in composite with second polymer phase was 0.4518 S/m. Tensile test results also show improved mechanical properties in L-2CNT composite compared to H-2CNT.

    Keywords: segregated structure, Nanocomposite, CNT, HDPE, LDPE