نشریه علمی پژوهشی مواد پیشرفته در مهندسی

---

از روش سنتز احتراقی برای تولید کامپوزیت ذره ای Fe-(Ti,W)C استفاده شده است. راکتور ساده ای طراحی و ساخته شد که امکان انجام آزمایشها را تحت خلاء و آتمسفر خاص و شرایط کنترل پذیر از نظر دما و احتراق اولیه فراهم می سازد. نمونه هایی از مخلوط پودرهای آهن، تیتانیم، تنگستن و کربن با نسبتهای متفاوت از W/Ti تهیه شد و توسط جرقۀ الکتریکی تحت W/Ti در مخلوط اولیه کامپوزیتهای متفاوتی شامل WC در زمینۀ Fe-Ti، WC+(Ti,W)C در زمینۀ Fe و (Ti,W)C درر زمینۀ Fe تولید شد. فاز WC دارای ساختمان بلوری با مورفولوژی زاویه دار است ولی فاز (Ti,W)C مانند کاربید تیتانیم دارای مورفولوژی مدور است.

---

آهن اسفنجی (DRI) به سبب داشتن سطح ویژۀ بسیار بالا، تمایل به اکسیداسیون مجدد و در برخی موارد احتراق ناگهانی (خودسوزی) در محیطهای حاوی اکسیژن دارد. در این پژوهش رفتار اکسیداسیون مجدد و خودسوزی آهن اسفنجی تهیه شده از سنگ آهنهای مختلف مورد بررسی قرار گرفت. سینتیک و مکانیزم اکسیداسیون مجدد و همچنین دمای خودسوزی هریک از نمونه های آهن اسفنجی توسط اکسیداسیون مجدد در شرایط ایزوترم و غیر ایزوترم شناسایی شد. مطالعات بر روی ترکیب شیمیایی، ریزساختار، تخلخل و توزیع تخلخل هریک از انواع آهن اسفنجی برای تعیین ارتباط بین این خواص و خصوصیات مواد اولیه انجام شد. رفتار اکسیداسیون مجدد آهن اسفنجی وابسته به خواص شیمیایی و ساختار فیزیکی آن است که این خواص متأثر از مواد اولیه به کار رفته در تهیه آن هستند. آهن اسفنجی تهیه شده از سنگ آهن هماتیتی در مقایسه با نمونۀ مشابه از سنگ آهن مگنتیتی نسبت به خودسوزی ایمنتر است و همچنین آهن اسفنجی تهیه شده از سنگ آهنهای با عیار پایین و گوگرددار نسبت به خودسوزی حساسیت بیشتری دارد.

---

کاربید تیتانیم به عنوان استحکام بخشی مناسب برای تولید کامپوزیتهای ذره ای زمینه فلزی به کار می رود. یکی از مشکلات استفاده از این کاربید به عنوان استحکام بخش در کامپوزیتهای زمینه مسی، عدم ترشوندگی کاربید تیتانیم در سیستم Cu-TiC است. این خاصیت با کاهش نسبت کربن به تیتانیم در کاربید، بهبود می یابد. در این مقاله، روشی عملی برای بهبود توزیع ذرات کاربید تیتانیم در مس مذاب ارائه شده و برای این منظور بر نسبت C/Ti در کاربید تیتانیم تاکید شده است. مشاهده شد که نسبت C/Ti در مخلوط خام حاوی پودرهای تیتانیم و کربن، با این نسبت در کاربید پس از احتراق برابر است اما در مخلوط خامی که حاوی مس باشد، نسبت C/Ti در کاربید پس از احتراق بیشتر است. با توجه به ارتباط پارامتر شبکه کاربید تیتانیم با نسبت C/Ti در این کاربید و در مخلوط خام، نموداری رسم شد که از طریق آن می توان نسبت C/Ti در مخلوط خام را به این نسبت در کاربید ربط داد. در آلیاژسازهایی که حاوی 30 درصد وزنی مس بوده و نسبت C/Ti در مخلوط اولیه برابر 1 باشد. پس از احتراق، شبکه پیوسته ای از کاربید تیتانیم با نسبت 1C/Ti= به دست می آید که قابلیت پخش شدن در مس مذاب را ندارند. با کاهش این نسبت به 3/0، ذرات کاربید تیتانیم با نسبت 5/0 به دست می آید که به راحتی در مس مذاب پخش می شود. واژگان کلیدی: سنتز احتراقی، کاربید تیتانیم

---

فولاد مقاوم در دمای بالای 25Cr-35Ni دارای مقاومت عالی در برابر اکسیداسیون و خزش در دمای بالاست. نتایج بررسیهای به عمل آمده نشان دهنده آن است که این فولاد در شرایط ریختگی دارای جوش پذیری مطلوبی بوده ولی چنانچه جوشکاری بر روی فولاد پیر شده انجام گیرد احتمال ایجاد ترکهایی در منطقه مجاور جوش به سمت فلز پایه وجود دارد. لذا در این پژوهش تاثیر ریز ساختار میکروسکوپی بر جوش‌پذیری این نوع فولاد مورد بررسی قرار گرفته است. ریز ساختار فولاد 25Cr-35Ni در شرایط ریختگی دارای زمینه آستنیتی و شبکه‌ای از کاربیدهای اولیه بوده در حالی که ریز ساختار این فولاد در شرایط پیر شده دارای زمینه آستنیتی و شبکه‌ای از کاربیدهای اولیه همراه با کاربیدهای ریز ثانویه است. تغییر مرفولوژی کاربیدهای اولیه همراه با تشکیل کاربیدهای ثانویه سبب کاهش انعطاف پذیری نمونه پیر شده و افزایش حساسیت آن به ترک خوردن در طی جوشکاری به خصوص از میان کاربیدهای اولیه شده و جوش پذیری این فولاد را در شرایط پیر شده کاهش می‌دهد. ترکها از نوع بین دانه‌ای و از میان کاربیدهای اولیه (یوتکتیک) است. کاربیدهای از نوع NbC و M23C6 در نمونه ریختگی و کاربیدهای از نوع Ni16Nb6Si7 و M23C6 در نمونه پیر شده وجود دارد.

---

افزایش دما در فرایند احیای مستقیم به خاطر فواید آن نظیر افزایش سرعت تولید و بهبود کیفیت محصول همواره مورد توجه تولیدکنندگان آهن اسفنجی است. پارامتر محدود کننده افزایش دمای احیا پدیده چسبندگی یا خوشه‌شدن آهن اسفنجی در راکتور احیای مستقیم است و بنابراین در عمل نمی‌توان دما را از حد معینی بالاتر برد. ثابت شده است که پوشش‌دهی گندله با برخی مواد و سپس استفاده از آن در احیای مستقیم اثر قابل توجهی بر جلوگیری از چسبندگی و کاهش آن دارد. در این تحقیق میل به چسبندگی گندله تولیدی از کنسانتره سنگ آهن گل گهر و چادرملو در دماهای مختلف بررسی شد. همچنین چسبندگی این گندله در حالتی که با مقادیر مختلف آهک هیدراته پوشش داده شده بود در یک دما ثابت مورد مطالعه قرار گرفت. با افزایش دمای احیای درجه خوشه‌شدن این گندله به طور خطی در محدوده دمایی مورد مطالعه افزایش می‌یابد و در مقابل در حالت پوشش داده شده مقاومت خوبی در مقابل خوشه‌شدن از خود نشان می‌دهد. این رفتار عالی در حالی است که احیاپذیری و فلزی‌شدن این گندله در طی احیای مستقیم به خاطر ماهیت پوشش آهک هیدراته که متخلخل و ناپیوسته است تفاوت چندانی با گندله بدون پوشش ندارد.

---

در این تحقیق دگرگونی فازی آناتاز به روتیل توسط عملیات حرارتی و آسیاکاری بررسی شد. فرایندآسیاکاری در دو نوع آسیا (آسیای سیاره‌ای و تامبلر) با نسبت وزنی پودر به گلوله 1 به 40 و در زمانهای گوناگون (2 تا 48 ساعت ) انجام شد. همچنین تعدادی آزمایش بر روی نمونه های آسیاکاری نشده در کوره لوله‌ای در دما و زمانهای گوناگون انجام شد. نتایج به دست آمده از آزمایشها نشان داد که دگرگونی آناتاز به روتیل در نمونه های آسیاکاری نشده بسیار کند است به طوری که در دمای 980 درجه سانتیگراد پس از گذشت 48 ساعت، دگرگونی کامل شد در حالی که در نمونه های آسیاکاری شده، سرعت دگرگونی بیشتر بود. انرژی اکتیواسیون دگرگونی فازی آناتاز به روتیل در نمونه هایی که آسیاکاری نشده بودند، 440 کیلوژول بر مول به دست آمد. آزمایشهای گوناگون نشان داد سرعت دگرگونی در آسیای سیاره‌ای بیشتر از آسیای تامبلر است، به طوری که در آسیای سیاره‌ای بعد از گذشت 16 ساعت، دگرگونی تقریباً کامل می‌شود اما در آسیای تامبلر پس از گذشت 48 ساعت دگرگونی کامل نشد و مقداری فاز آناتاز در نمونه موجود بود. نتایج XRD نشان داد که دگرگونی آناتاز به روتیل درهر دونوع آسیا، از طریق فازمیانی سریلانکیت انجام می‌شود در حالی که این فاز درنمونه هایی که آسیاکاری نشده بودند، مشاهده نشد.

---

در این تحقیق تغییرات ریزساختار مخلوط پودرهای مس، نیکل و روی برای تولید آلیاژهای نیکل سیلور به روش آلیاژسازی مکانیکی بررسی شد. در این راستا تاثیر پارامترهایی نظیر مدت زمان آسیا کردن، نسبت وزن گلوله به پودر و ترکیب شیمیایی آلیاژ بر تغییرات ساختاری اجزاء فرایند آلیاژسازی مکانیکی و رنگ محصول، مورد مطالعه قرار گرفت. نمونه های آسیا شده برای بررسی ساختار و روند آلیاژسازی تحت آزمایش های XRD و SEM قرار گرفتند. نتایج به دست آمده نشان داد که تولید آلیاژهای نیکل سیلور در گستره وسیعی از ترکیب شیمیایی به خوبی میسر است و تعیین مقدار بهینه نسبت گلوله به پودر، انرژی آسیاکردن و مدت زمان آسیا کردن متضمن کیفیت بالای پودر تولیدی با اندازه دانه کریستالی زیر 15 نانومتر است. درصد روی در مخلوط نیز تاثیر به سزایی در کاهش مدت زمان آلیاژسازی مکانیکی دارد و نسبت گلوله به پودر بیشتر از 25 تاثیر چندانی در کاهش حداقل زمان آلیاژسازی مخلوط Cu-Ni-Zn ندارد.

---

---

تاثیر عملیات مکانوشیمی بر تغییرات فازی زیرکونیای منوکلینیک (m) توسط آسیاب گلوله‌ای پر انرژی سیاره‌ای در زمانهای مختلف آسیابکاری مورد بررسی قرار گرفت. عملیات مکانیکی در آسیاب باعث ریز شدن دانه‌ها، افزایش کرنش شبکه، تغییر فاز و تولید فازهای ناپایدار تتراگونال (t) و مکعبی (c) شد. بررسیهای TEM و XRD وجود مقادیر قابل توجهی از فاز آمورف ایجاد شده در حین آسیابکاری را نشان داد. کاهش سطح مخصوص اندازه‌گیری شده به روش BET در زمانهای طولانی آسیابکاری نشانگر آگلومره شدن زیرکونیا و با کمک فاز آمورف به عنوان چسب است. عملیات مکانیکی، واکنش‌پذیری زیرکونیا را با گاز کلر به شدت افزایش داد. همچنین آنیل کردن زیرکونیای آسیابکاری شده در اتمسفر کلر منجر به ایجاد جاهای خالی آنیونی، کریستاله شدن فاز آمورف و تبدیل آن به فازهای مکعبی و تتراگونال و افزایش دمای پایداری این فازها به ترتیب تا C◦800 و C◦1000 شد. در این شرایط کوچک بودن انرژی مرز دانه‌ها و وجود جاهای خالی اکسیژن، نقش اساسی را در پایداری فازهای تتراگونال و مکعبی به عهده دارد.

---

درسالهای اخیر، تحقیقات زیادی در زمینه استفاده از فرایند مکانوشیمیایی برای سنتز مواد پیشرفته صورت گرفته است. در این تحقیق، نانوکامپوزیت Al2O3-TiN به روش مکانوشیمیایی و با استفاده از ماده ارزان قیمت TiO2 (به جای تیتانیوم خالص که خیلی گران است) تولید شد. از پودرهای اکسید تیتانیوم و آلومینیوم به عنوان مواد اولیه استفاده شد. آسیابکاری در آتمسفر نیتروژن با فشار 5 آتمسفر انجام شد و محصولات به دست آمده با پراش اشعه ایکس (XRD) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) مورد ارزیابی قرار گرفتند. نتایج حاصل از آسیابکاری نشان داد در اولین مرحله از فرایند سنتز، اکسید تیتانیوم با آلومینیوم احیا می‌شود و در ادامه فرایند، تیتانیوم تولیدی با نیتروژن واکنش انجام می‌دهد. هنگامی که نسبت مولی آلومینیوم به اکسید تیتانیوم برابر 2.1 و 3.1 باشد، پس از 20 ساعت آسیابکاری، قله‌های نیترید تیتانیوم در نتایج XRD نمایان می‌شود. همچنین نتایج نشان داد آسیابکاری منجر به تشکیل ذرات ریز و کروی می شود.

---

مطالعه ترمودینامیکی احیای مولیبدنیت با کربن، در حضور اکسیدمنیزیم، انجام شد. دیاگرام های پایداری مربوط به دو سیستم MoS2-MgO و MoS2-MgO-C در دمای ثابت K1200 رسم و مورد بررسی قرار گرفتند. این بررسی ها نشان داد که فرآیند با اکسیداسیون مستقیم مولیبدنیت به وسیله اکسید منیزیم و در ادامه با تشکیل فازهای میانی اکسیدمولیبدن، نظیر MoO2 وMgMoO4، پیش می رود. ترکیب فازهای گازی موجود در فرآیند، حاکی از آن بود که بخش اعظم فازگازی به CO اختصاص دارد. همچنین دیاگرام های پایداری مربوط به سیستم های Mo-O-C(احیای MoO2 با کربن) وMo-O-Mg-C (احیای MgMoO4با کربن) رسم و مورد بررسی قرار گرفتند. بررسی ها نشان داد که محصولات احیا شاملMo،Mo2C وMoC خواهند بود.

---

در سال‌های اخیر، پژوهش‌های زیادی در زمینه استفاده از فرایند مکانوشیمیایی برای تولید نانومواد صورت گرفته است. در این پژوهش، نانوکامپوزیت زمینه سرامیکی TixAly/Al2O3 به روش مکانوشیمیایی و با استفاده از ماده ارزان قیمت TiO2 تولید شد. از پودرهای اکسید تیتانیوم و آلومینیوم به‌عنوان مواد اولیه استفاده شد و آسیاب‌کاری در اتمسفر نیتروژن انجام شد. نتایج حاصله نشان داد در اولین مرحله از فرایند تولید، اکسید تیتانیوم به‌وسیله آلومینیوم احیا می‌شود و در ادامه فرایند، تیتانیوم تولیدی با آلومینیوم باقیمانده واکنش انجام می‌دهد. محصول تولید پس از 10 ساعت آسیاب‌کاری، اکسید آلومینیوم و آلومیناید تیتانیوم است و با افزایش زمان آسیاب‌کاری تا 80 ساعت، مقدار آلومیناید تیتانیوم افزایش می‌یابد. هم‌چنین نتایج نشان داد میزان تجزیه آلومیناید تیتانیوم با گرما دادن نمونه‌های حاوی آلومیناید تیتانیوم در اتمسفرهای آرگون و نیتروژن ناچیز و قابل چشم پوشی است.