نشریه علمی پژوهشی مواد پیشرفته در مهندسی

---

– استفاده از ترکیبات بین فلزی Fe-Al برای بهبود رفتار تریبولوژیکی فولاد ابزار کربنی مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور از روش پودر فشرده و پس از آن عملیات آنیل نفوذی در اتمسفر کنترل شده گاز آرگون و دمای C˚900 استفاده شد و زمان بهینۀ آنیل نفوذی براساس ضخامت و رفتار تریبولوژیکی تعیین شد. ریزساختار و نوع فازهای تشکیل شده توسط متالوگرافی، سختی سنجی، پراش پرتوی ایکس (XRD)، میکروآنالیز (EDX) و اسپکتروسکوپی پلاسمایی (GDOS) مورد شناسایی قرار گرفت. نتایج حاصل بیانگر تشکیل ساختار سه لایه ای بر سطح نمونه های آلومینایز شده است که لایه اول 2Fe5Al و لایه های بعدی به ترتیب AlFe و 3AlFe هستند. همچنین در سطح نمونه ها پس از آلومینایزینگ و آنیل نفوذی در زمان بهینۀ 30 ساعت ساختار دولایه ای متشکل از AlFe در لایه اول و 3AlFe در لایه دوم تشکیل شد. نتایج آزمایشهای سایش نشان می دهد که این نوع پوشش رفتار سایشی و اصطکاکی فولاد ابزار کربنی را به نحو مؤثری بهبود داده است. به طوری که بررسی سطوح، مقاطع و ذرات سایش نشان داده است، مکانیزم غالب سایش فولاد بدون پوشش، ورقه ای شدن همراه با خیش خوردن است و مکانیزم غالب سایش در نمونه ای که پس از آلومینایزینگ در زمان بهینه آنیل نفوذی شده از نوع ورقه ای شدن همراه با سایش اکسیداسیونی است.

---

نمونه های متالورژی پودر که با ترکیب شیمیایی مشخص از قطعات صنعتی تهیه شده بود تحت عملیات کربوره و برونایزینگ جامد قرار گرفت و با تغییر عوامل فرایند، حالت بهینۀ هرکدام تعیین شد. نمونه های استاندارد برای بررسیهای میکروسکوپی و آزمایشهای مکانیکی در این شرایط آماده شد و تحت آزمایش قرار گرفت. برای تعیین مقاومت سایشی، آزمایشهای تریبولوژیکی توسط دستگاه سایش پین روی دیسک با استفاده از زوج فولاد بلبرینگ در شرایط خشک انجام یافت. نتایج حاصل نشان می دهد که با انتخاب صحیح پارامترهای عملیاتی در فرایندهای ترموشیمی می توان از کاهش زیاد مقاومت ضربه ای در قطعات پودری جلوگیری کرد. عملیات برونایزینگ جامد در دمای 950 درجۀ سانتیگراد، لایه ای به سختی حدود 1700 ویکرز با عمق نسبتاً کم ایجاد می کند که مقاومت سایشی آن بالاتر از عملیات کربوره در همان دماست، عمق نفوذ بُر در نمونه ها کمتر از کربن است و تأثیر نامطلوب عملیات برونایزینگ بر استحکام ضربه ای نسبت به عملیات کربوره کردن بسیار ناچیز است. مقایسۀ کلی نتایج ثابت می کند که عملیات برونایزینگ می تواند کارایی بیشتری برای برخی محصولات متالورژی پودر در مصارف سایشی داشته باشد.

---

در این پژوهش، برای بهینه سازی فرایندهای سیلیکونایزینگ و بروسیلیکونایزینگ جامد روی فولادهای کربنی، گستره ای از زمان عملیات و ترکیب پودر در دمای ثابت در نظر گرفته شد به گونه ای که مبنای بهینه سازی، ضخامت، کیفیت سطحی و سختی لایه-های به دست آمده بوده است. با توجه به یافته های آزمایشی، زمان و دمای بهینه هردو فرایند، به ترتیب 4 ساعت و C˚950 به دست آمد؛ ترکیب پودر در فرایند سیلیکونایزینگ، مخلوط 5/2% فروسیلیسیم، 5/2% کلریدآمونیم و مابقی اکسید آلومینیم تعیین شد در حالی که در عملیات بروسیلیکونایزینگ همزمان، ترکیب 90% پودر برونایز بهینه و 10% پودر سیلیکونایز بهینه، مخلوط مطلوب تشخیص داده شد. با انجام فرایندهای بهینه، پوششهای به ضخامت حدود mμ150 و حداکثر سختی HV600 در فولادهای سیلیکونایز شده و با ضخامت حدود mμ100 و سختی بیش از HV3000 در فولادهای بروسیلیکونایز شده به دست آمد. بررسیهای میکروسکوپی و فازشناسی پرتو ایکس توسط آزمایشهای متالوگرافی، XRD و EDAX نشان داد که فازهای ایجاد شده در فرایند سیلیکونایزینگ عبارت اند از si3Fe و 3Si5Fe، در حالی که طی فرایند بروسیلیکونایزینگ فازهای 3(FeSi)B، B2Si9/4Fe، FeSi، FeB و B2Fe شناسایی شدند.

---

در این مقاله نقاط فاقد پوشش ایجاد شده روی ورق گالوانیزه به عنوان یک عیب رایج مورد مشخصه یابی متالورژیکی قرار گرفته و تأثیر آن بر مقاومت خوردگی و خواص مکانیکی ورق ارزیابی شده است. کیفیت سطح پوشش و مشخصات ریزساختاری آن به وسیله میکروسکوپ الکترونی مجهز به سامانه تحلیل شیمیایی بررسی شد. یافته های تحقیق نشان داد که دلیل عمده بروز عیب، تر نشدن کامل سطح فولاد توسط مذاب روی است که این خود به‌دلیل تمیزکاری ناکافی ورق پایه، عملیات حرارتی نامناسب و یا عدم کنترل ترکیب شیمیایی حمام اتفاق می افتد. رفتار خوردگی با استفاده از آزمون پاشش نمک و خواص کششی با استفاده از آزمون کشش تعیین شد. نتایج نشان داد که زمان رسیدن به شوره قرمز نمونه های دارای عیب در مقایسه با نمونه های سالم بسیار سریعتر و در بازه ای بین 20 تا 120 ساعت متغیر است. آزمون کشش نمونه های دارای فاقد پوشش در مقایسه با نمونه های سالم تغییر چندانی در خواص مکانیکی این ورقها نشان نداد.

---

تیتانیوم به علت زیست سازگاری کم نظیر و مقاومت به خوردگی در محیط های خاص شهرت دارد، با این وجود غنی سازی سطح قطعات از تیتانیوم کمتر مورد توجه قرار گرفته است. در این مقاله، پوشش نفوذی تیتانیوم به روش مخلوط پودری بر سطح سوپرآلیاژ پایه نیکلی B-1900 ایجاد شده و ریزساختار آن مشخصه یابی و تحلیل شده است. قطعات زیرلایه در مخلوطی از پودر تیتانیوم، کلرید آمونیوم و اکسید آلومینیوم قرار گرفتند و درون جعبه دربسته تا 850 یا 950 درجه سلسیوس حرارت داده شدند. لایه های آلیاژی تشکیل شده بر سطح قطعات به وسیله میکروسکوپ نوری، میکروسکوپ الکترونی روبشی، پراش سنج پرتو ایکس و طیف سنج تخلیه هاله ای نشر نوری بررسی شد. نتایج نشان داد که فازهای Ti2Ni و AlNi2Ti اجزای اصلی پوشش نفوذی هستند و بر این اساس مکانیزم تشکیل پوشش تحلیل شد.

---

برای تولید پوشش های نانوساختار کامپوزیتی زمینه سرامیکی در فرایند پاشش پلاسمایی، پودرهای اولیه از نانوذرات تشکیل شده و باید مشخصات ویژه ای داشته باشند. در این پژوهش نحوه‌ی تولید پودر کامپوزیتی متشکل از نانوذرات اکسیدکروم و نقره به روش آگلومراسیون برای توسعه پوشش های نانوساختار Cr2O3-Ag مورد ارزیابی قرار گرفته است. بدین منظور ابتدا نانوپودرهای اکسیدکروم و نقره با درصدهای حجمی متفاوت نقره (صفر، 2، 5 و 10% حجمی) در مخلوط آبی همگن مخصوص فرایند خشک کردن پاششی توزیع شد، سپس پودر کامپوزیتی Cr2O3-Ag با استفاده از روش آگلومراسیون تولید شد وسرانجام پوشش های نانوساختار کامپوزیتی به روش پاشش پلاسمایی تولید شدند. پودر کامپوزیتی تولید شده دارای مورفولوژی کاملا کروی و توزیع یکنواخت فاز تقویت کننده در زمینه است به نحوی که هم از نانوذرات تشکیل یافته و هم ذرات آن دارای کریستالیت های نانومتری هستند. نتایج نشان داد حضور مناطق متشکل از نانوذرات در ریزساختار پوشش موجب ایجاد تخلخل ناهمگن بین اسپلت ها و این مناطق می شود. نانوساختار شدن پوشش موجب کاهش ضخامت لایه‌ها نسبت به پوشش میکروساختار شده است.

---

در این پژوهش، نانوکامپوزیتMoSi2-TiB2 با دو نسبت وزنی 10 و 20 درصد تقویت‌کننده TiB2 از طریق آلیاژسازی مکانیکی به دو روش مختلف ساخته و مشخصه‌یابی شد. در روش اول، نمونه‌های پودری عناصر اولیه مولیبدن، سیلیسیم، تیتانیم و بور تا زمان 60 ساعت آسیاب‌کاری شدند. در روش دوم ابتدا MoSi2 ازMo و Si طی 30 ساعت آسیاب‌کاری تولید و سپس پودر TiB2 تجاری به آن اضافه شد و آسیاب‌کاری تا 60 ساعت ادامه یافت. پودرهای تولیدی از دو روش تحت عملیات گرمایی در دمای C‏ ˚1000 به‌مدت یک ساعت قرار گرفتند. پیشرفت واکنش‌ها و ویژگی‌های ساختاری شامل اندازه دانه و کرنش شبکه بر مبنای روش ویلیامسون- هال به‌وسیله پراش پرتو ایکس (XRD) بررسی شد. خواص‌مکانیکی نمونه‌ها به‌وسیله آزمون سختی‌سنجی مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج آزمون سختی‌سنجی نشان داد با افزودن TiB2 به ترکیب MoSi2 سختی نمونه‌ها به‌طور قابل‌توجهی افزایش یافت. فرایند کلوخه‌سازی روی پودرها برای استفاده در فرایند پاشش گرمایی از روش خشک کردن پاششی انجام و فراورده‌های خشک شده پس از فرایند کلوخه‌سازی به‌وسیله سرند دانه‌بندی شد. ریخت و ریزساختار پودرهای آسیاب شده قبل و بعد از عملیات کلوخه‌سازی به‌وسیله میکروسکوپ الکترونی روبشی بررسی و با کمک نرم‌افزار کلمکس میزان کروی بودن و توزیع مساحت ذرات ارزیابی شد. نتایج نشان داد پودر نانوکامپوزیت تولید شده از روش اول، با توجه به بالاتر بودن سختی و میزان کرویت مطلوب پس از عملیات کلوخه‌سازی از کیفیت بالایی برای استفاده در فرایند پاشش گرمایی برخوردار است.

---

در این پژوهش، پوششی از NiAl اصلاح شده با کروم به روش روکش‌کاری جوشی و با استفاده از فرایند جوش­کاری قوسی تنگستن-گاز (GTAW) بر سطح فولاد 310 اعمال شد. ترکیب شیمیایی و دانه‌بندی پوشش به دست آمده به کمک آزمون پراش اشعه ایکس XRD))، میکروسکوپی نوری و میکروسکوپی الکترونی روبشی مجهز به آزمون طیف‌سنجی پراکندگی انرژی (EDS) بررسی شد. سپس رفتار سایشی پوشش به‌دست آمده با استفاده از آزمون پین روی دیسک در دماهای محیط و 400 درجه‌ سانتی‌گراد مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد، اعمال پوشش NiAl اصلاح شده با کروم باعث افزایش شدید سختی می‌شود. نتایج آزمون­های سایش نشان داد که پوشش NiAl اصلاح شده با کروم قادر به بهبود قابل ملاحظه مقاومت سایشی فولاد 310 در دماهای محیط و 400 درجه سانتی‌گراد است. این نتایج بر اساس مکانیزم سایشی به‌دست آمده از تصاویر میکروسکوپی الکترونی روبشی مورد بحث قرار گرفته است.

---

عملیات پیرسختی در  فولاد زنگ‌نزن 17-4 PH خواص آن را در محدوده گسترده‌ای تغییر می‌دهد. دو چرخه عملیات حرارتی پرکاربرد برای این آلیاژ پیرسازی در دمای 480 درجه سانتی‌گراد به مدت یک ساعت (A480-1) و پیرسازی در دمای 620 درجه سانتی‌گراد به مدت چهار ساعت (A620-4) است. مطالعات صورت گرفته بر رفتار خستگی این آلیاژ در دو چرخه عملیات حرارتی یاد شده نه تنها محدود بوده بلکه بیشتر از نوع محوری بوده است. در این پژوهش پس از انجام مطالعات ساختاری، سختی‌سنجی و آزمون کشش، رفتار خستگی آلیاژ تحت دو چرخه پیرسازی به‌وسیله آزمون خستگی چرخشی خمشی ارزیابی شد. نتایج آزمون کشش نشان داد استحکام تسلیم و استحکام نهایی نمونه A480-1 حدود 40 درصد بیشتر از نمونه A620-4 است. این در حالی است که ازدیاد طول نسبی نمونه A620-4 نسبت به نمونه A420-1 30 درصد افزایش یافته است. نتایج آزمون خستگی نشان داد حد خستگی نمونه پیر شده 50 مگاپاسکال بیشتر از نمونه فراپیر شده است. این نشان‌دهنده مقاومت بیشتر نمونه A480-1 در مقایسه با نمونه A620-4 به خستگی است.
 

---

در این تحقیق با به‌کارگیری آندایزینگ دو مرحله‌ای، تمپلت‌ آلومینایی منظم با قطر حفره 30 نانومتر و طول 15 میکرومتر ساخته شد. سپس با کمک روش غوطه‌وری در محلول سل، نانو‌سیم‌های فریت استرانسیوم تهیه شدند. نانوپودرهای فریت مورد نظر نیز با استفاده از روش سل- ژل سنتز شد. مشخصه‌یابی نانوساختارها با استفاده از پراش پرتو ایکس (XRD)، میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی (FESEM) و آزمون طیف‌سنجی توزیع انرژی (EDS) انجام شد. منحنی مغناطش برای نانوپودر و نانو‌سیم‌ها (در جهت موازی و عمود با محور نانو‌سیم) با استفاده از دستگاه تداخل‌سنج کوانتومی ابررسانایی (SQUID) رسم شد. نتایج بیانگر آن است آندایز دو مرحله‌ای در اگزالیک اسید 3/0 مولار در دمای چهار درجه سانتی‌گراد با آندایز مرحله اول 12 ساعت منجر به ایجاد تمپلت کاملاً منظم می‌شود. روش غوطه‌وری در دمای 80 درجه سانتی‌گراد به مدت دو ساعت منجر به ایجاد نانو‌سیم‌های یکنواخت و منظم فریت استرانسیوم می‌شود؛ نانو‌سیم‌های مغناطیسی درون تمپلت ناهمسانگردی عمودی از خود نشان دادند.
 

---

---

از آنجایی که فولاد زنگ­نزن رسوب سخت شونده مارتنزیتی pH4-17 کاربرد وسیعی در محیط­ های خورنده دارد، مطالعه رفتار خوردگی خستگی این آلیاژ حائز اهمیت است. در این پژوهش، پس از مطالعات ریزساختاری، آزمون­ های مکانیکی، خوردگی، خستگی و خوردگی خستگی روی نمونه­ های pH4-17 در چرخه بهینه حرارتی انجام شده است. آزمون­ های خستگی و خوردگی خستگی در نسبت تنش 1- و فرکانس اعمال تنش 42/0 هرتز (جهت افزایش تأثیر محلول خورنده) و آزمون خوردگی خستگی در حضور محلول خورنده 5/3 درصد وزنی NaCl  مشابه محیط خورنده آب دریا انجام گرفت. حد خستگی آلیاژpH 4-17 در هوا 700 مگاپاسکال و در محیط خورنده 415 مگاپاسکال است. مقایسه نمودار S-N این آلیاژ در چرخه بهینه حرارتی در دو حالت خستگی و خوردگی خستگی، کاهش حد خستگی در حدود 40 درصد را در محیط خورنده مشخص کرد. بررسی­ ها نشان داد این امر ناشی از تأثیر منفی حفرات خوردگی مشاهده شده در سطح و آسیب دیدن لایه رویین تشکیل شده بر سطح این فولاد زنگ نزن است.

---