نشریه علمی پژوهشی مواد پیشرفته در مهندسی

---

نیاز به کارخانجات کوچک فولادسازی، ایجاد روشهای جدید تولید فولاد، کاهش هزینۀ تولید و آلودگی محیط زیست و افزایش تولید، از جمله عواملی بودند که باعث ورود کوره های قوس الکتریک در صنعت فولادسازی شدند. این کوره ها از جمله مصرف کنندگان عمدۀ انرژی الکتریکی در صنعت اند. تحقیقات وسیع چند دهۀ اخیر، پیشگرم قراضه، به کارگیری همزن و مشعلهای سوخت-اکسیژن، استفاده از شارژ گرم، سوزاندن گاز خروجی از سطح، کاهش درصد آهن اسفنجی در شارژ، تشکیل امولسیون سرباره- گاز- مذاب (پفکی نمودن سرباره) را به عنوان عوامل کاهش مصرف انرژی الکتریکی معرفی کردند. ایجاد سربارۀ پفکی یکی از اقتصادیترین و در عین حال مفیدترین این عاملهاست. کاهش مصرف انرژی، الکترود، نسوز، زمان ذوب و افزایش راندمان تولید از مزایای ایجاد سرباره پفکی در کوره ها به شمار می آید. در این تحقیق، سسربارۀ پفکی در کوره های با ظرفیت 200 تن و در شرایط صنعتی مورد بررسی قرار گرفته است. کاهش مصرف انرژی الکتریکی از kwh/ton670 به kwh/ton580 و کاهش زمان ذوب از 130 به 115 دقیقه و افزایش توان الکتریکی ورودی از الکترودها به کوره از نتایج به دست آمده این تحقیق است. مناسبترین درصد FeO سرباره 24-20 درصد و مناسبترین بازیسیته 2/2-2 حاصل شده است. واژگان کلیدی: کورۀ قوس الکتریک، انرژی، آهن اسفنجی، سربارۀ پفکی

---

در سالهای اخیر تولیدکنندگان فولاد به منظور بالا بردن خواص انعطاف پذیری، استحکام ضربه ای و شکل پذیری فولاد، راههای بسیاری را مورد بررسی و آزمایش قرار داده اند که می توان در موارد عمده به تولید فولادهای با مقدار آخال خیلی پایین، آخالهای با اندازه کوچک و همچنین آخالهای اصلاح شده اشاره کرد. در این پژوهش آزمایشها بر روی فولاد API-X42 تولید شده در کوره های قوس الکتریک شرکت فولاد مبارکه انجام گرفته است. ابتدا فولاد مورد نظر در کورۀ قوس الکتریک تهیه و آماده سازی شده و سپس ذوب مربوطه در یک پاتیل با ظرفیت 200 تن تخلیه و عملیات پاتیلی در واحد کوره پاتیلی (LF) کارگاه فولاد سازی شرکت فولاد مبارکه انجام گرفته است. در این بررسی تأثیر میزان و سرعت افزودن سیم CaSi بر مورفولوژی آخالها مشخص شده و شرایط بهینۀ افزودنی برای کنترل شکل آخالها به دست آمد. مطالعات انجام شده با میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و انجام تحلیلهای عنصری EDS نشان داد که افزودن کلسیم به مذاب بر ترکیب ناخالصیهای موجود در فولاد مذاب تأثیر خواهد گذاشت. همچنین با انجام آزمایشها ضربه چارپی تأثیر اجرای عملیات تزریق سیم CaSi، میزان تزریق و کنترل شکل آخال بر خواص ضربه ای و شکل پذیری فولاد نشان داده شده است. واژگان کلیدی: کنترل شکل ناخالصیها، عملیات کلسیم، کوره پاتیلی و اصلاح آخالها

---

---

در این تحقیق، ترکیب پودری 76Mo-14Si-10B و 33Mo-57Si-10B (برحسب درصد اتمی) به کمک آسیاب سایشی آلیاژسازی مکانیکی شدند. به منظور تشکیل ترکیبات بین‌فلزی، پودرهای به‌دست آمده عملیات حرارتی شدند و پودرهای به‌دست آمده همراه با پودرهای بدون ترکیب بین‌فلزی، پس از آگلومراسیون، به کمک روش پلاسمایی روی زیرلایه‌هایی از فولاد ساده کربنی پاشش حرارتی شدند. نمونه‌های فولادی در شرایط بدون پوشش و همراه با پوشش، تحت فرایند اکسایش پیوسته قرار گرفته و همزمان تغییرات وزن آنها ثبت شد. خصوصیات فازی و ساختاری پودرها، پوشش و لایه اکسیدی به کمک میکروسکوپ الکترونی روبشی و پراش پرتو ایکس تجزیه و تحلیل شدند. نتایج حاصله نشان داد که با اعمال پوشش Mo-Si-B حاوی ترکیبات MoSi2، Mo5Si3، MoB و ترکیب مهم Mo5SiB2، نرخ اکسایش فولاد به طور قابل توجهی کاهش یافته و با توجه به نتایج پراش پرتو ایکس پوشش، ترکیبات اعمالی روی فولاد، تفاوت خاصی را قبل و بعد از فرایند اکسایش از خود نشان نمی‌دهند. ضمن آن‌که پوشش Mo-Si-B فاقد ترکیبات بین‌فلزی فوق، تأثیر قابل توجهی بر فرایند اکسایش ندارد.

---

ساخت بیوموادی که توانایی تشکیل یک پیوند مستحکم با بافت استخوان برای ترمیم مناسب سیستم اسکلتی استخوان را داشته باشد، یکی از اهداف محققان علم بیومواد است. شیشه‌های زیست فعال در سیستم CaO-SiO2-P2O5 به دلیل توانایی پیوند با بافتهای نرم و سخت از جمله مهمترین بیومواد مصرفی در پزشکی و دندان پزشکی برای کاربردهایی چون ترمیم عیوب استخوانی و نوسازی فک و صورت‌اند. هدف از پژوهش حاضر، تولید نانو پودر شیشه زیست فعال با روش سل- ژل و شناسایی مناسبترین ترکیب آن برای کاربرد در بدن است. سه ترکیب مختلف (58S،49S،45S) به روش سل- ژل تهیه شد. از تکنیک پراش پرتو ایکس (XRD) و روش فلورسانس اشعه ایکس (XRF) برای مشخصه یابی و ارزیابی ساختار شیشه‌ای و آمورف محصول تولیدی و بررسی ترکیب شیمیایی نانو پودرهای تهیه شده بهره گرفته شد. سپس به کمک میکروسکوپ الکترونی عبوری(TEM) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) شکل و اندازه ذرات ارزیابی شد. در ادامه، به منظور بررسی زیست فعالی نانو پودرهای تهیه شده، شیشه‌های زیست فعال تولیدی در مایع شبیه سازی شده بدن (SBF) در دمای 37 درجه سانتیگراد به مدت سی روز غوطه ور شد. پس از آن، از روشهای طیف سنجی مادون قرمز (FTIR) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) برای بررسی تشکیل لایه آپاتیت و تعیین زیست فعالی نانو پودرهای تهیه شده، استفاده شد. ارزیابی با میکروسکوپ الکترونی عبوری، حصول پودر در اندازه‌های زیر 100 نانومتر را تایید کرد. آزمونهای به عمل آمده، تشکیل لایه آپاتیت را بر روی نانو پودرهای تولیدی تایید کرد که نشان دهنده زیست فعالی شیشه‌های زیست فعال بود. نتایج آزمایشات نشان داد که شیشه زیست فعال با ترکیب S45 زیست فعالی بیشتری نسبت به دو ترکیب S49 و S58 دارد. شایان ذکر است از طریق بهینه سازی ترکیب شیمیایی شیشه زیست فعال امکان استفاده از نانو پودر شیشه‌های زیست فعال برای کاربردهای پزشکی و به ویژه ترمیم استخوان و درمان نواقص استخوانی تسهیل می‌شود.

---

هدف از اجرای پژوهش حاضر، ساخت نانوکامپوزیت گلاس آینومر - فورستر یت و بررس ی تأ ثیر افزودن نانوذرات بیوسرا میک فورستریت به جزء سرامیکی سیمان گلاس آینومر، به منظور ارتقاء خواص مکانیکی و زیست فعالی آن بود. بدین منظور، نانوذرات فورستر یت به افزوده شد . به منظور (Fuji II GC) روش سل- ژل ساخته شد و درصدهای وزنی مختلف آن به جزء سرامیکی سیمان گلاس آینومر تجار ی شناسایی ساختار فازی و تعیین اندازه دانه پودر فورستریت تولیدی از آزمون پراش پرتو ایکس١ استفاده شد. برا ی بررس ی خواص مکا نیکی نانوکامپوزیت گلاس آینومر– فورستریت، نمونه ها تحت آزمون های استحکام فشاری ٢، خمشی به روش سه نقطه ای و کششی قطری قرار گرفتند . بود، از نظر آماری معنا دار در p < ٠/ تحلیل آماری با استفاده از تحلیل واریانس یک سویه ٣ انجام شد و تفاوت در مقادیر نتایج، در صورتی که ٠٥ نظر گرفته شد. مورفولوژی سطح شکست نمونه ها به وسیله میکروسکوپ الکترونی روبشی ٤ بررسی شد. برای ارزیابی زیست فعا لی نمونه ها ، از طی ف سن جی تبد یل فوری ه ،(ICP-OES) و آزمون های طیف سنجی نشری نوری زوج پلاسمای القایی ۶ (SBF) محلول شبیه سازی شده بدن ٥ و میکروسکوپ الکترونی روبشی استفاده شد. نتایج آزمون پراش پرتو ایکس، ترکیب فورستر یت نانوکریستا لی و خالص را (FTIR) فروسرخ ٧ تأیید نمود. بر اساس نتایج آزمون های مکانیکی، مقادیر وزنی بهینه نانوذرات فورستریت برای افزایش استحکام فشاری، خمشی و کششی قطر ی تصاو یر .(p < ٠/ ١ و ١ درصد وزنی به دست آمد. بر اساس مطالعات آماری، اختلاف مقادیر نتایج بین تمام یگروه ها معنادار بود ( ٠٥ ، به ترتیب ٣ میکروسکوپ الکترونی روبشی حاکی از تشکیل آپاتیت بر سطح نمونه ها، پس از غوطه ور ی در محلول ش بیه ساز ی شده ب دن بود . نتا یج آزمون های طیف سنجی نشری نوری زوج پلاسمای القایی و طیف سنجی تبدیل فوریه فروسرخ نیز زیست فعالی نانوکامپوزی ت تولی دی را تأیی د نمود. نانوکامپوزیت گلاس آینومر- فورستریت حاوی یک تا سه درصد وزنی نانوذرات فورستریت، به دلیل بهبود خواص مکانیکی و افزایش زیست فعالی م یتواند گزینه مناسبی برای کاربردهای دندانپزشکی و ارتوپدی باشد.

---

فولاد زنگ‌ نزن سوپر دو فازی به دسته‌ای از فولاد‌های زنگ نزن دو فازی گفته می‌شود که عدد مقاومت به حفره‌دار شدن آن بالاتر از 40 باشد. فولاد UNS S32750 (unified numbering system) یکی از معروف‌ترین فولاد‌های زنگ نزن سوپر دو فازی می‌باشد، که به‌علت خواص مطلوب استحکام و خوردگی در صنایع پالایشگاهی نظیر نفت و گاز کاربرد عمده‌ای پیدا کرده است. با توجه به کاربرد این فولاد اتصال دائم آنها به‌روش جوشکاری اهمیت بالایی می‌یابد و مشکل عمده در این رابطه افت خواص مکانیکی و خوردگی پس از جوشکاری می‌باشد. در این تحقیق جوشکاری فولاد زنگ نزن سوپر دو فازی UNS S32750 با روش اصطکاکی اغتشاشی انجام شده است. ابزار مورد استفاده در جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی کاربید تنگستن رنیوم‌دار با قطر شانه 16 میلی‌متر و قطر بزرگ پین 5 میلی‌متر به ارتفاع 9/1 میلی‌متر می‌باشد. نتایج حاصل از آزمون پراش پرتوی ایکس نشان داد فازهای مضر نظیر سیگما ((sigma و چی (chi) به‌علت کنترل حرارت ورودی تشکیل نشده‌اند. بررسی‌های ریزساختاری مشخص کرد اندازه دانه‌ها در منطقه اغتشاش نمونه‌های جوشکاری شده کاهش یافته است. آزمون ریزسختی برروی نمونه‌های جوشکاری شده به‌روش ویکرز انجام پذیرفت. متوسط سختی فلز پایه در حدود 285 ویکرز به‌دست آمد. آزمون ریزسختی مشخص کرد در منطقه اغتشاش به‌دلیل کاهش اندازه دانه سختی تا حدود 360 ویکرز افزایش یافته است. آزمون پلاریزاسیون سیکلی در مورد نمونه‌های اتصال یافته به‌روش اصطکاکی اغتشاشی نشان داد پتانسیل و جریان خوردگی مشابه با فلز پایه می‌باشد. همچنین مشاهده شد در اثر جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی درصد فریت در مقطع جوش به‌دلیل پایین بودن حرارت ورودی و بالا بودن سرعت سرد شدن تغییر قابل ملاحظه‌ای نشان نداده است.