نشریه علمی پژوهشی مواد پیشرفته در مهندسی

---

در این تحقیق، سینتیک واکنش پودر هیدراید تیتانیم (TiH2) در تماس با مذاب آلومینیم خالص در دماهای مختلف بر اساس اندازه‏گیری فشار گاز هیدروژن آزاد شده مورد بررسی قرار گرفت. پس از انجماد نمونه‏ها، فصل مشترک پودر هیدراید تیتانیم در تماس با مذاب بررسی شد. نتایج نشان داد که نمودارهای فشار گاز هیدروژن بر حسب زمان، دارای سه منطقه است. در مناطق اول و دوم، معادله سرعت واکنش به ترتیب از درجه صفر و یک پیروی می‏کند و در منطقه سوم فشار ثابت شده و سرعت واکنش صفر می‌شود. در مناطق اول و دوم، عامل اصلی کنترل کننده سرعت واکنش به ترتیب نفوذ اتمهای هیدروژن در شبکه تیتانیم و واکنش شیمیایی مذاب آلومینیم با تیتانیم است. بر اساس عوامل اصلی کنترل کننده سرعت واکنش، برای مکانیزم واکنش می‏توان سه بازه دمایی الف)700 تا 750 درجه سانتی‌‌گراد، ب) 750-800 درجه سانتی‌‌گراد و ج) 800- 1000 درجه سانتی‌‌گراد را در نظر گرفت. در بازه دمایی (الف) غالباً واکنش تحت کنترل واکنش شیمیایی، در بازه دمایی (ب) واکنش تحت کنترل نفوذ و واکنش شیمیایی و در بازه دمایی (ج) غالباً واکنش تحت کنترل نفوذ قرار دارد.

---

در این تحقیق، منحنیهای DTA و TGA پودر هیدراید تیتانیم در هوا با سرعت گرما‏دهی 5، 10، 20، 25 و 30 درجه بر دقیقه رسم شد و الگوهای XRD پودر در حین گرمایش پودر با سرعت گرما‏دهی 10 درجه سانتیگراد بر دقیقه در دماهای مختلف تهیه شد. نتایج نشان داد که خروج هیدروژن از هیدراید تیتانیم طی هفت مرحله رخ می‏دهد و با افزایش سرعت گرما‏دهی مکانیزم خروج هیدروژن از هیدراید تیتانیم تقریباً ثابت است. با محاسبه انرژی اکتیواسیون این مراحل با استفاده از معادله کسینجر، مشخص شد که مکانیزم در دماهای مختلف تغییر می‏کند. بر طبق منحنی DTA با سرعت گرما‏دهی 10 درجه سانتیگراد بر دقیقه، در دماهای کمتر از 460 درجه سانتیگراد تحت کنترل نفوذ داخلی، در دماهای بین 650-460 درجه سانتیگراد مکانیزم تحت کنترل فرایند فیزیکوشیمیایی و در دماهای بالاتر از 650 درجه سانتیگراد تحت کنترل واکنش شیمیایی است. با افزایش سرعت‏ گرما‏دهی، مکانیزم در دمای بالاتر تغییر می‏کند.

---

در پژوهش حاضر فرایند ریخته­گری گریز از مرکز برای تولید جفت فلزی منیزیم-آلومینیم مورد استفاده قرار گرفت. مذاب منیزیم در دمای 700 درجه سانتی­گراد با نسبت­های حجمی مذاب-جامد 5/1 و 3 درون جامد آلومینیمی پیش­گرم شده تا دمای 450 درجه سانتی­گراد و در حال دوران در سرعت­های 800، 1200، 1600 و 2000 دور بر دقیقه ریخته­گری شد. نمونه­ها درون دستگاه ریخته­گری گریز از مرکز تا رسیدن به دمای 150 درجه­ی سانتی­گراد به آرامی سرد شدند. بررسی­های تاثیر نسبت حجمی مذاب-جامد نشان داد که افزایش نسبت حجمی از 5/1 به 3، به دلیل غلبه نیروی انقباضی بر برایند نیروهای وارد بر فصل مشترک، منجر به از بین رفتن اتصال متالورژیکی در فصل مشترک منیزیم-آلومینیم می­شود. بررسی­های تحلیل میکروسکوپی الکترونی مجهز به طیف‌سنج پراش انرژی پرتو ایکس (EDS) و پرتو ایکس (XRD) نشان داد که ترکیبات بین فلزی Al₃Mg₂ و Al₁₂Mg₁₇ و ساختار یوتکتیک δ+Al₁₂Mg₁₇ (δ محلول جامد منیزیم در آلومینیم) در فصل مشترک تشکیل می­شوند. تصویر میکروسکوپی نیروی اتمی (AFM) از سطح آلومینیم نشان داد که سطح در ابعاد اتمی دارای پستی و بلندی است که می‌تواند منجر به تشکیل حفره­های گازی در فصل مشترک شود.