نشریه علمی پژوهشی مواد پیشرفته در مهندسی

---

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.

---

بررسی عملکرد لرزه‌ای سازه های موجود، یکی از مسائل مطرح در زمینه مهندسی زلزله، به ویژه در کشور ماست. برخی از سازه‌های با اهمیت زیاد، دارای قدمت قابل ملاحظه‌ای بوده و در نتیجه ممکن است از نظر لرزه‌ای دارای مقاومت و یا شکل پذیری مورد نیاز در مقابل زلزله های مورد انتظار نباشند. این گونه سازه‌های باید به منظور تحمل بارهای لرزه‌ای محتمل، مورد بررسی قرار گیرند. بدین منظور ابتدا مدل سازه‌ای تهیه شده و سپس بر مبنای مطالعات لرزه خیزی ویا پیشنهادهای آیین نامه‌ای، مقدار مناسبی برای پارامترهای طراحی یا کنترلی (نظیر شتاب ) انتخاب می‌شود. گام بعد تعریف شاخصهایی به منظور کمی کردن خرابیهای سازه‌ای است. سپس تحلیل دینامیکی غیر خطی انجام گرفته و شاخصهای خرابی تعیین می‌شوند. اغلب این شاخصها بر پایه محاسبه تغییر مکان بیشینه هنگام زلزله، ظرفیت تغییر مکان (حاصل از تحلیل بار جانبی افزاینده) و انرژی تلف شده در چرخه‌های ناشی از حرکت تناوبی سازه‌ است. در مقاله حاضر، سازه دودکش نیروگاهی (واقع در مشهد) برای چندین سطح تراز شتاب (PGA) و از جمله سطوح مربوط به دوره های بازگشت 75، 500، 1000 و 2500 ساله مورد بررسی و تحلیل قرار گرفته است. ارتفاع دود کش برابر 100 متر و قطر خارجی آن 10 متر است. در تحلیل دینامیکی غیرخطی از چندین رکورد زلزله استفاده شده است. شاخص خرابی پارک ـ انگ که در نرم افزار IDARC ملحوظ شده و یک‌ مدل مناسب برای سازه‌های بتنی است، مورد استفاده قرار گرفته است. روند ارائه شده بر مبنای استفاده از المانهای تیر ستون برای تحلیل دینامیکی غیر خطی و تحلیل خرابی منجر به نتایج گسترده‌ای در خصوص شناخت رفتار واقعی سازه بر اساس یک تحلیل منطقی است.

---

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.

---

در این پ‍ژوهش از پودرهای خالص مولیبدن، سیلیسیم، آلومینیم و کاربید تیتانیوم برای تولید ترکیب MoSi2، کامپوزیتMoSi2/20Vol% TiC، ترکیبات آلیاژی MoSi2-x Al و کامپوزیت‌های آلیاژی M‏oSi2-xAl/20Vol%TiC استفاده شد. پودرهای اولیه در نسبت های مشخصی با هم مخلوط و در یک آسیاب مکانیکی فعال سازی شدند. سپس مخلوط پودر فعال شده پرس و عملیات سنتز و زینتر در محدوده ی دمایی 1100 الی 1400 درجه‌ی سانتی گراد بر روی آن انجام شد. از میکروسکوپ الکترونی روبشی برای بررسی میکروساختار و از دستگاه پراش پرتو ایکس برای شناسایی فازها استفاده شد. تاثیر افزودن آلومینیم در تشکیل فازها مورد بررسی قرار گرفت. اضافه کردن آلومینیم در مقادیر بالای 9 درصد اتمی، علاوه بر آلیاژی کردن دی سیلیساید مولیبدن، موجب تشکیل فاز Mo(Si,Al)2 در ساختار شد.

---

نیترید سیلیسیم به دلیل دارا بودن خواص منحصر به فرد و فوق العاده‌ای نظیر استحکام دمای بالا، پایداری شیمیایی و گرمایی و هم‌چنین مقاومت مناسب در مقابل شوک گرمایی، اکسیداسیون، سایش و خوردگی در حضور بسیاری از اسیدها و بازها در میان سرامیک‌ها جایگاه ویژه‌ای یافته است. مطالعات علمی انجام شده نشان می‌دهند روش‌های مختلفی برای سنتز ترکیب نیترید سیلیسیم وجود دارد اما بیش‍تر روش‌ها هزینه‌برند و به دمای زیاد و زمان عملیات حرارتی طولانی نیاز دارند. به همین دلیل در پژوهش حاضر ترکیب نیترید سیلیسیم به روش آسیاب کاری مکانیکی تولید شده است. در این روش پودر سیلیسیم با خلوص 99% ≤ به مدت 25 ساعت با استفاده از آسیاب گلوله‌ای تحت گاز نیتروژن آزمایشگاهی آسیاب شد، سپس بر روی آن عملیات حرارتی در دماهای 1100، 1200، 1300 و 1400 درجه سانتی‌گراد با سرعت گرمایش 10 درجه سانتی‌گراد در دقیقه به مدت یک ساعت تحت جریان گاز نیتروژن با خلوص 99/99 % و سرعت شارش 200 میلی‌لیتر در دقیقه انجام شد. همچنین پودر سیلیسیم آسیاب کاری نشده نیز در دماهای یاد شده (1100 تا 1400 درجه سانتی‌گراد) و در حضور گاز نیتروژن به مدت 1 ساعت عملیات حرارتی شد. برای بررسی خصوصیات فازی و ریزساختاری نمونه‌ها آزمون‌های پراش پرتو ایکس، میکروسکوپ الکترونی روبشی و طیف سنجی با تفکیک انرژی انجام شد. از طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه برای تعیین باندهای تشکیل شده در نمونه بهره گرفته شد. نتایج بدست آمده نشان داد که پودر نیترید سیلیسیم با دو نوع مورفولوژی شامل ذرات کروی شکل و سیم‌هایی با قطر 300-100 نانومتر و طول چند میکرون در دمای 1300 درجه سانتی‌گراد بدون هر گونه فاز ناخالصی یا ثانویه به طور کامل تشکیل شد. این امر توسط باندهای جذبی Si-N در نمودار طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه تایید شد. بر اساس نتایج حاصل از الگوهای پراش پرتو ایکس انجام 25 ساعت آسیاب کاری پودر سیلیسیم تحت گاز نیتروژن باعث کاهش قابل توجهی در دمای سنتز نیترید سیلیسیم نسبت به روش نیتراسیون مستقیم پودر سیلیسیم بدون آسیاب‌کاری شده است. افزایش دما موجب تسریع استحاله فازی β→α و تغییر مورفولوژی ذرات توسط مکانیسم گاز-مذاب-جامد شده است.

---

پوشش کامپوزیتی Ni-SiC، یکی از پوشش‌هایی است که برای فراهم نمودن مقاومت سایشی مناسب، در بسیاری از کاربردها نظیر سیلندرها، موتورهای احتراق و قالب‌های ریخته‌گری مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این پژوهش، سه پوشش Ni-SiC، Ni-SiC-MoS2 و Ni-SiC-Gr با استفاده هم‌زمان از دو هم‌زن مکانیکی و فراصوت در حمام سولفامات نیکل ایجاد شد. با توجه به دمای کاری موتور، آزمون سایش در محدوده دمایی 300-25 درجه سانتی‌گراد انجام و رفتار تریبولوژیکی پوشش‌ها در دماهای گوناگون ارزیابی شد. بر اساس یافته‌های آزمون‌های سایش، هر سه پوشش در دماهای سایش 25 و 100 درجه سانتی‌گراد، ضریب اصطکاک‌های مناسب و نزدیک به‌هم نشان می‌دهند. با افزایش دمای سایش به 200 و 300 درجه سانتی‌گراد، ضریب اصطکاک پوشش Ni-SiC به‌شدت افزایش می‌یابد. این در حالی است که افزودن ذرات روان‌کار موجب می‌شود این ضریب به‌گونه قابل توجهی کاهش یابد. با این حال در تمامی دماهای سایش، پوشش دارای ذرات گرافیت کم‌ترین ضریب اصطکاک را دارد.

---

در این پژوهش اثر متغیرهای مهم مانند زمان آسیاب‌کاری، دمای عملیات حرارتی، مدت زمان اعمال گرما و سرعت گرمایش در تهیه پودر نیترید سیلیسیم به­روش آسیاب‌کاری مکانیکی بررسی شد. از میکروپودر سیلیسیم به­عنوان پیش­ماده و از نیتروژن به‌عنوان گاز اتمسفری و هم‌چنین ماده اولیه استفاده شد. در ابتدا پودر سیلیسیم در محیط نیتروژن به­مدت 30 ساعت آسیاب‌کاری و درمرحله بعد در دمای 1300 درجه سانتی‌گراد در جریان گاز نیتروژن عملیات حرارتی شد. فازهای تشکیل شده در این روش، توسط پراش­ پرتو ایکس و ریخت و اندازه ذرات با میکروسکوپ الکترونی روبشی بررسی شدند. تحلیل فلورسانس پرتو ایکس برای بررسی میزان خلوص نیترید سیلیسیم تولید شده استفاده شد. تحلیل پراش پرتو ایکس، فازهای آلفا و بتا نیترید سیلیسیم را نشان داد و هم‌چنین میانگین اندازه ذرات توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی حدود 70 نانومتر به‌دست آمد. نمونه بهینه در شرایط 30 ساعت آسیاب‌کاری، عملیات حرارتی تا دمای 1300 درجه سانتی‌گراد و با سرعت اعمال گرمای 22 درجه سانتی‌گراد در دقیقه تهیه شد. تحلیل فلورسانس پرتو ایکس نیز خلوص بیش از 98 درصد را نشان داد.

---

در این پژوهش پوشش‌های هیبریدی آلی- غیر آلی به روش سل- ژل تهیه و بر آلیاژ آلومینیوم 6061 اعمال شد. مشخصه‌یابی پوشش‌ها با استفاده از طیف سنجی تبدیل فوریه فرو سرخ و میکروسکوپ الکترونی روبشی انجام شد. چسبندگی پوشش به زیرلایه به دو روش کمی و کیفی مورد بررسی قرار گرفت. آزمون پتانسیودینامیک چرخه‌ای و قطبش خطی برای ارزیابی رفتار خوردگی انجام شد. نتایج نشان داد که با افزایش مقدار زیرکونیوم تتراپروپوکساید و سریم استحکام چسبندگی پوشش به زیرلایه افزایش یافت. بررسی رفتار خوردگی نشان داد که چگالی جریان خوردگی نمونه‌های پوشش داده شده 10³ تا 10⁷ برابر نسبت به آلیاژ آلومینیوم 6061 بدون پوشش کاهش یافت. با افزایش مقدار زیرکونیوم و سریم در ترکیب پوشش چگالی جریان خوردگی کاهش و مقاومت قطبش افزایش یافت. پوشش‌های بدون ترک بر خلاف آلیاژ آلومینیوم 6061 مستعد به حفره‌دار شدن نبودند.

---

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.
 

---

الکترووینینگ یکی از روش‎های بازیابی نیکل از محلول‌های‌ حاصل ‌از فروشویی ماده ‌اولیه ‌نیکل‌دار است. در فرایند صنعتی، غلظت ‌نیکل در الکترولیت به‌طور معمول بالاتر از 80 گرم بر لیتر است. این در حالی ‌است که عیار بیشتر محلول‌های حاصل از فرآوری مواد ثانویه نیکل‌دار بسیار کمتر است و این موضوع، الکترووینینگ چنین محلول‌هایی را با دشواری رو‌به‌رو می‌سازد. در پژوهش حاضر، الکترووینینگ نیکل از محلول ‌سولفاتی حاوی 30 گرم بر لیتر نیکل با انتخاب سه متغیر چگالی‌ ‌جریان، دما و غلظت ‌اسید بوریک مورد آزمایش قرار گرفته و ‌تأثیر این سه عامل بر دو ویژگی بازده ‌جریان و کیفیت‌ محصول کاتدی با به‌کارگیری روش طراحی آزمایش تعیین شده است. از تجزیه و تحلیل آماری نتایج عوامل معنی‌دار مورد شناسایی قرار گرفت و مدل مناسب برای هر کدام از متغیرهای پاسخ به‌دست آمد. نتایج تحقیق، اثر متقابل دما- غلظت ‌اسید بوریک و چگالی ‌جریان- غلظت ‌اسید بوریک را به‌صورت ‌تأثیرات منفی آشکار کرد، به این معنی که بالا بردن دما و چگالی‌جریان تنها در غلظت‌های پایین اسید بوریک به بهبود بازده‌ جریان و کیفیت‌ رسوب منجر می‌شود. ‌درنهایت، از بهینه‌سازی ‌هم‌زمان دو پاسخ به کمک نمودار خطوط هم‌تراز بر هم ‌نهاده، شرایط بهینه برای دستیابی به بازده جریان بالاتر از 95 درصد و رسوب یکنواخت و ورقه‌ای به‌صورت چگالی ‌جریان 5/2-2 آمپر بر دسی‌‌مترمربع، دمای ‌25-30 درجه سانتی‌گراد، و غلظت اسید بوریک 10 گرم بر لیتر تعیین شد.