سنتز نانوكامپوزيت زمينه نيكل تقويت‌ شده با تركيب‌ بين‌فلزي Ni3Al توسط آسياب‌كاري مكانيكي و تف‌ جوشي پلاسماي جرقه‌اي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مواد

كارشناسي ارشد

در اين پژوهش، نانوكامپوزيت زمينه نيكل تقويت شده با تركيبات بين‌فلزي Ni3Al به صورت درجا از مخلوط پودرهاي اوليه Ni95Al5 توسط آسياب‌كاري مكانيكي تهيه شد و جهت توليد قطعه بالك تحت تف‌جوشي پلاسماي جرقه‌اي قرار گرفت. مخلوط پودرهاي نيكل و آلومينيوم جهت ايجاد ساختار لايه‌اي Ni-5%Al در آسياب گلوله‌اي و تحت اتمسفر گاز آرگون به مدت 20 ساعت آسياب‌كاري مكانيكي شد. پودر حاصل با استفاده از فرايند تف‌جوشي پلاسماي جرقه‌اي به قطعه بالك تبديل شد. مطالعات ريزساختاري و تغييرات فازي به وسيله آزمون‌هاي ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) و پراش پرتو ايكس (XRD) انجام گرفت. همچنين جهت بررسي خواص مكانيكي آزمون ريزسختي سنجي،آزمون سايش پين روي ديسك و آزمون اندازه‌گيري‌ چگالي انجام گرفت. نتايج پراش پرتو ايكس نشان داد كه پيك آلومينيوم پس از 10 ساعت آسياب‌كاري مكانيكي حذف شد و شدت پيك‌هاي نيكل كاهش يافت، كه در اثر تغييرشكل پلاستيكي شديد ذرات پودر و در نتيجه افزايش عيوب كريستالي مانند نابجايي‌ها مي باشد. تصاوير ميكروسكوپ الكتروني روبشي پس از 20 ساعت آسياب‌كاري مكانيكي حاكي از تشكيل ساختار لايه‌اي آلومينيوم در زمينه نيكل از مخلوط پودرهاي نيكل و آلومينيوم است. محاسبه با روش ويليامسون-هال نشان داد كه پس از 20 ساعت آسياب‌كاري مكانيكي اندازه كريستال‌هاي نيكل به زير 40 نانومتر كاهش يافت. فرايند تشكيل فاز تقويت كننده Ni3Al يك بار توسط فرايند عمليات حرارتي و بار ديگر توسط عمليات تف‌جوشي پلاسماي جرقه‌اي انجام شد. يكبار پودر 20 ساعت آسياب شده به مدت 1 ساعت در دماي 700 درجه سانتيگراد تحت عمليات حرارتي قرار گرفت. بار ديگر پودر آسياب شده در دماي 1200 درجه سانتيگراد و زمان نگهداري 5 دقيقه و فشار وارده 40 مگاپاسكال، تحت عمليات تف‌جوشي پلاسماي جرقه اي قرار گرفت. پودر حاصل از عمليات حرارتي نيز تحت شرايط يكسان جهت بررسي خواص، به قطعه بالك تبديل شد. خواص قطعه بالك توليد شده از نظر تغييرات فازي، ريزساختاري و خواص مكانيكي مورد ارزيابي قرار گرفت. اندازه‌گيري چگالي قطعه با روش ارشميدوس دلالت بر آن دارد كه چگالي كامپوزيت 96% چگالي نظري است. نتايج نشان داد كه نانوكامپوزيت زمينه نيكل حاوي ذرات Ni3Al به صورت لايه‌اي مي‌باشد، كه در نمونه تحت عمليات حرارتي ضخامت لايه‌ها درشت و در نمونه تحت تف‌جوشي پلاسماي جرقه‌اي ساختار لايه‌‍‌‌‌اي ظريف‌تر شد. تصاوير ميكروسكوپ روبشي نشان داد ضخامت لايه تقويت كننده درنانوكامپوزيت در اندازه نانومتري بود. آزمون ريزسختي نشان داد كه سختي نانوكامپوزيت حاصل به 25±340 ويكرز رسيد، كه در مقابل سختي نيكل خالص تحت شرايط يكسان باسختي 15±200 ويكرزقابل توجه مي‌باشد. مقامت سايشي و ضريب اصطكاك نمونه تحت آزمون پين روي ديسك در دماي 25 درجه سانتي‌گراد بررسي شد. نتايج آزمون سايش نشان داد مقاومت سايشي نمونه نانوكامپوزيت از نمونه نيكل خالص به خصوص در بارگذاري 4 نيوتن، پايين‌تر است. همچنين آزمون زبرسنجي نيز نشان داد كه عمق و پهناي مسير سايش در نمونه نانوكامپوزيت بيش از نمونه نيكل خاص است.

212620

شناسايي و انتخاب مواد

مهندسي مواد

دانشگاه صنعتي اصفهان

محمدحسن عباسي، مهران نحوي

محمدحسين عنايتي، فتح اله كريم زاده