نشریه علمی پژوهشی مواد پیشرفته در مهندسی

در این پژوهش فرایند تشکیل فاز نمونه­های Mn_۲,۵Ge از پودرهای فلزی Mn و Ge با روش آلیاژسازی و تأثیر بازپخت محصول نهایی مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج نشان داد فاز پایدار در فرایند آسیاب­کاری، ترکیب Mn_۱۱Ge_۸ با ساختار اورتورومبیک و گروه فضایی Pnam است. مقادیر مغناطش اشباع نمونه های آسیاب کاری شده با زمان اسیاب از مقدار ۲/۰ تا ۹۵/۱ (kg^-۱Am^۲) افزایش می یابد. باقی‌ماندگی نمونه­ها نیز با افزایش زمان آسیاب­کاری افزایش و میدان وادارندگی نمونه­ها با افزایش زمان آسیاب­کاری کاهش یافته است. بازپخت نمونه­ ۱۵ ساعت آسیاب­کاری شده به حذف فازهای Mn و Ge و ظهور چهار فاز جدید Mn_۳Ge و Mn_۵Ge_۲ و Mn_۵Ge_۳ و Mn_۲,۳Ge منجر شد، که فاز جدید Mn_۳Ge با ساختار) Do_۲۲ تتراگونال ( و گروه فضاییI۴/mmm  فاز پایدار و غالب است. افزایش مغناطش اشباع نمونه­ بازپختی به شکل­گیری فازهای مغناطیسی جدید و افزایش میدان وادارندگی به فاز Mn_۳Ge با ساختار تتراگونال نسبت داده شده است. برای تعدادی نمونه که با روش ذوب قوسی ساخته شده بود، مطالعات توسعه یافت تا با مقایسه نتایج، تأثیر روش ساخت بر فرایند تشکیل فاز و ویژگی­های ساختاری و مغناطیسی نیز مطالعه شود. در این نمونه‌ها بسته به‌روش ساخت، مقادیر مغناطش اشباع در بازه ۶/۰ تا ۶۵/۵ (kg^-۱Am^۲) قرار داشتند. تحلیل ریتولد نشان داد نمونه­ Mn_۲,۵Ge ساخته شده به‌روشس ذوب قوسی که فرایند تکمیلی بازپخت در دمای ۶۲۰ درجه سانتی‌گراد روی آن صورت گرفت، تک فاز است، که در نتیجه آن ترکیب Mn_۲,۵Ge با مغناطش اشباع (kg^-۱Am^۲) ۲۵۲/۵ و میدان وادارندگی ۰۰۵/۰ تسلا به‌دست آمد.

در این پژوهش تاثیر زمان عملیات زیر صفر روی رفتار تریبولوژیکی و ریزساختار فولاد سخت شونده سطحی ۵۱۲۰AISI ، مورد بررسی قرار گرفته است. به این منظور نمونه­های دیسکی شکل در دمای ۹۲۰ درجه ‌سانتی‌گراد به مدت ۶ ساعت کربن‌دهی و در هوا خنک شدند و پس از آستنیته­کردن درروغن سرمایش شدند؛ سپس بلافاصله پس از سرمایش و سنباده زنی، نمونه‌ها به مدت ۱، ۲۴، ۳۰ و ۴۸ ساعت در نیتروژن مایع نگهداری شدند و در دمای ۲۰۰ درجه ‌سانتی‌گراد به‌مدت ۲ ساعت بازگشت شد. آزمون سایش به روش گلوله روی دیسک با استفاده از ساچمه کاربید تنگستنی با دو بار ۸۰ و ۱۱۰ نیوتن انجام شد. به‌منظور مشاهده‌ کاربید‌ها از محلول کلرید مس (۵ گرم)+ هیدروکلریک اسید (۱۰۰ میلی‌لیتر) + اتانول (۱۰۰ میلی‌لیتر) استفاده شد. سختی نمونه­ها به روش ویکرز با بار ۳۰۰ نیوتن قبل و بعد از بازگشت اندازه‌گیری شد. درصدآستنیت باقی‌مانده از روش تفرق اشعه X محاسبه شد؛ میزان آستنیت باقی‌مانده در نمونه CHT، ۸ درصد، ۱DCT، ۴ درصد و در بقیه­ی نمونه­ها به میزانی کاهش یافته است که در الگوی پراش پیکی مشاهده نشد. نتایج نشان داد که عملیات زیر صفر عمیق منجر به افزایش سختی در تمام نمونه‌ها شده و میزان مقاومت سایشی در نمونه‌ها در هر دو بار اعمالی ۸۰ و ۱۱۰ نیوتن، در زمان­های ۱ و ۲۴ ساعت نسبت به نمونه عملیات زیر صفر نشده افزایش و در نمونه‌های ۳۰ و ۴۸ ساعت عملیات زیر صفر شده کاهش یافته است؛ به­گونه­ای که نمونه­ی ۴۸ ساعت عملیات زیر صفر شده دارای کمترین مقاومت سایشی است. علت افزایش سختی نمونه­ها به‌دلیل کاهش میزان آستنیت باقی‌مانده در اثر عملیات زیر صفر عمیق و دلیل کاهش مقاومت سایشی نمونه­ها پس از ۲۴ ساعت، رشد کاربید­ها و توزیع غیریکنواخت آن در ریز­ساختار و در نتیجه ضعیف شدن زمینه بوده است؛ بنابراین مدت زمان ۲۴ ساعت عملیات زیر صفر عمیق بر فولاد ۵۱۲۰ زمانی بهینه است.

در این پژوهش بررسی ریزساختاری و خواص مغناطیسی هگزافریت باریم دوپ شده با یون‌های کبالت، کروم و قلع با فرمول BaCo_xCr_xSn_xFe_۱۲-۳xO_۱۹ (۵/۰،۳/۰x=) به روش حالت جامد صورت گرفت. بررسی‌های فازی و ساختاری به‌ترتیب با تحلیل پراش اشعه ایکس (XRD) و طیف‌سنجی مادون قرمز (FT-IR) تأیید کننده تشکیل ترکیب تک فاز هگزافریت باریم بدون حضور فاز ثانویه غیرمغناطیسی پس از ۵ ساعت عملیات حرارتی در دمای °C ۱۰۰۰ بود. هم‌چنین طبق تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) مورفولوژی ذرات به‌صورت کاملاً هگزاگونال با میانگین اندازه ذرات ۲۵۰-۲۰۰ نانومتر بود. بر اساس متغیرهای مغناطیسی اندازه‌گیری شده توسط مغناطیس‌سنج نمونه مرتعش (VSM) هر دو نمونه دارای خاصیت مغناطیسی نرم بودند و بیشترین میزان مغناطش اشباع در نمونه با ترکیب BaCo_۰,۳Cr_۰,۳Sn_۰,۳Fe_۱۱,۱O_۱۹ حاصل شد. مقادیر مغناطش اشباع (M_s) و نیروی وادارندگی (H_c) برای این ترکیب به ترتیب برابر emu/g ۲۱/۴۲ و Oe ۶۵۶ اندازه‌گیری شد.

نانوپودرهای فریت منگنز-منیزیم Mg_xMn_۱-xFe_۲O_۴ که x دارای مقادیر۰ تا ۱ با گام­های ۲/۰ است به روش هم­رسوبی تهیه و سپس تحت فشار هیدرولیکی به قرص‌ تبدیل شدند و سرانجام در دماهای ۹۰۰، ۱۰۵۰ و ۱۲۵۰ درجه ‌سانتی‌گراد تف‌جوش شدند. میکروسکوپ تونلی روبشی اندازه ذرات پودرهای حاصل را در حدود ۱۷ نانومتر نشان داد. الگوهای پراش پرتو ایکس تشکیل ساختار اسپینل مکعبی تک‌فاز را برای نمونه­های تف‌جوش شده در دمای ۱۲۵۰ درجه ‌سانتی‌گراد تأیید نمودند. در این نمونه­ها با جانشانی یونMg^۲+ به­جای Mn^۲+، ثابت شبکه از مقدار ۴۹/۸ به ۳۵/۸ آنگستروم و مغناطش اشباع از مقدار ۷/۷۴ به emu/g ۲/۲۱ کاهش یافت. هم‌چنین نیروی وادارندگی از مقدار ۵ به Oe ۲۳ و دمای کوری از مقدار ۲۶۹ به ۳۹۲ درجه ‌سانتی‌گراد افزایش یافت. نمونه­های با x برابر با ۲/۰ ، ۴/۰ ، ۶/۰، تف‌جوش شده در دمای ۱۲۵۰ درجه ‌سانتی‌گراد به‌دلیل ویژگی­های مغناطیسی مناسب، برای کاربردهای هایپرترمیا و جابجاگرهای فازی پیشنهاد می­شوند.

هدف از انجام این پژوهش بررسی امکان بروز پدیده پاشنه فیلی در آلیاژهای تف‌جوشی شده حاوی عامل تبخیر شونده است. به این منظور قطعات برنجی با ترکیب Cu-۲۸Zn در محدوده دمایی ۸۹۰-۹۷۰ درجه ‌سانتی‌گراد به‌مدت ۲۰ دقیقه تف‌جوشی شدند. از قطعات برنجی در شرایط مختلف تف‌جوشی به­صورت درجا، عکس­برداری شد. نتیجه این­ بود که با وجود کشیده شدن مذاب به سمت نواحی پایین بر اثر نیروی جاذبه زمین، پدیده پاشنه فیلی در این قطعات مشاهده نشد و به جای آن قطعات دچار تورم شدند. تغییر ترکیب شیمیایی و افزایش اندازه حفرات در اثر تبخیر روی را می­توان به عنوان اصلی­ترین عامل بروز این پدیده دانست.

در پژوهش کنونی، نانو اکسید دوتایی منگنز - نیکل به روش پتانسیودینامیک در دمای اتاق بر روی فولاد زنگ نزن رسوب داده شد و اثر فرایند آنیل (در دمای ۲۰۰ درجه سانتی­گراد، به مدت ۶ ساعت) بر ریز ساختار و عمل­کرد الکتروشیمیایی شبه خازن تولیدی مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج نشان از اثر قابل توجه فرایند آنیل در افزایش ظرفیت خازنی و هم چنین کاهش مقاومت انتقال بار الکترود داشت. تصاویر FESEM، وجود نانو ورقه­های پیوسته و تصادفی را در میکروساختار فیلم اکسیدی نشان داد. به علاوه، در فیلم اکسیدی لایه‌نشانی شده با میزان حدود ۱۰ درصد اتمی نیکل در ترکیب آن، پس از فرایند آنیل، ساختار بلوری جزیی شامل فاز birnessite شش وجهی نامنظم شکل گرفت. براساس منحنی­های شارژ - دشارژ در جریان ثابت، بالاترین ظرفیت خازنی ( F g^-۱۳۸۴) و انرژی ویژه (۵۳ وات ساعت بر کیلوگرم) در جریان ویژه دشارژ ۱/۰ آمپر بر گرم برای الکترود اکسیدی آنیل شده به دست آمد. در نهایت، نتایج آزمون عمر سیکلی در جریان ویژه ۱۰ آمپر بر گرم، حاکی از پایداری سیکلی عالی و افزایش حدود ۲۳ درصدی ظرفیت خازنی ویژه شبه خازن تولیدی پس از اعمال ۵۰۰۰ سیکل شارژ - دشارژ در الکترولیت یک مولار سولفات سدیم بود.

در این پژوهش اتصال سوپرآلیاژ IN-۷۳۸LC به روش فاز مایع گذرا با استفاده از فویل آمورف MBF-۲۰ تولید شده به روش مذاب ریسی مورد بررسی قرار گرفت. فرایند اتصال دهی در دماهای ۱۰۳۵-۱۰۸۰ درجه ‌سانتی‌گراد و زمان­های ۳۰-۶۰ دقیقه تحت اتمسفر خلاء انجام شد. نتایج بررسی­های ریزساختاری نشان داد که فازهای یوتکتیکی تشکیل شده در ناحیه انجماد غیر هم‌دما (ASZ) ذرات فازهای ثانویه بورایدی غنی از نیکل و کروم و سیلیسید نیکل هستند و رسوبات ریز سیلیسید نیکل در اثر تحول حالت جامد در حین سرد شدن در زمینه محلول جامد g رسوب می­کنند. میزان فازهای یوتکتیک در ناحیه مرکزی اتصال با افزایش زمان اتصال دهی و کاهش ضخامت فویل پرکننده، کاهش پیدا کرد. با انجام اتصال­دهی در دمای ۱۰۵۵ درجه ‌سانتی‌گراد به مدت ۳۰ دقیقه فرایند انجماد هم‌دما کامل شد اما برخلاف انتظار با افزایش دما به ۱۰۸۰ درجه ‌سانتی‌گراد ، سرعت مرحله انجماد هم‌دما کاهش پیدا کرد. با کامل شدن انجماد هم‌دما و حذف ذرات ترد فازهای ثانویه در ناحیه مرکزی اتصال، استحکام برشی افزایش پیدا کرد.

در این پژوهش ایجاد یک پوشش سیلیسیم آلومینایدی روی ابرآلیاژ پایه نیکل IN۷۳۸LC، با استفاده از نفوذ هم‌زمان بررسی شده است. به‌منظور دست‌یابی به شرایط بهینه پوشش­ دهی با استفاده از یک نرم­ افزار ترموشیمیایی پیش­بینی شد که می­ توان با استفاده از پودر NH_۴Cl به‌عنوان فعال کننده، به یک پوشش سیلیسیم آلومیناید در دمای ۹۰۰ درجه سانتی‌گراد دست یافت. از دو مخلوط پودری با ترکیب ۷Si-۱۴Al-(۱-۳)NH_۴Cl-Al_۲O_۳ (برحسب درصد وزنی) و ۱۶Si-۴Al-(۱-۳)NH_۴Cl-Al_۲O_۳ (به‌ترتیب با نسبت Si/Al ۵/۰ و ۴) استفاده شد. نتایج نشان داد که هر دو پوشش دارای ساختاری چند لایه و متشکل از فاز غالب AlNi_۲Si می­ باشند. در پوشش حاصل از مخلوط پودری با نسبت ۵/۰=Si/Al، یک لایه­ی متخلخل و ترد از فاز NiSi روی سطح تشکیل می­شود که خواص مکانیکی پوشش را تا حدی کاهش می­ دهد. هم‌چنین در مراحل اولیه فرایند، نفوذ به داخل آلومینیوم غالب است و در ادامه با نفوذ درون‌گرای سیلیسیم، به‌تدریج فاز NiAl به فاز AlNi_۲Si و در نهایت NiSi تبدیل می‌شود. نمونه پوشش‌دهی شده با استفاده از مخلوط با نسبت ۴=Si/Al شامل فاز مطلوب AlNi_۲Si و عاری از فاز ترد NiSi بهترین مشخصه ­های ریزساختاری را از خود نشان داد.

هدف از این تحقیق، محاسبه و تعیین توزیع دما در فرایند گرمایش خطی با منبع اکسی‌گازی جهت کاربرد در ورق‌های فولادی است. برای محاسبه توزیع دما، از روش تحلیلی به‌وسیله حل معادلات ریاضی استفاده شد. توزیع دما در ‌روش عددی به‌کمک نرم‌افزار «متلب» مدل‌سازی شد. جهت انجام فرایندها از دستگاه گرمایش خطی CNC و برای اندازه‌گیری دما از دوربین گرمانگار ITI استفاده شد. اثر فاصله مشعل، دبی گاز و سرعت مشعل بر توزیع دما در سطح بالایی و زیرین ورق بررسی شد. تغییرات توزیع دما در سرعت‌های حرکت مشعل ۱۲۰، ۲۰۰ و ۳۰۰ میلی‌متر بر دقیقه، دبی‌های ۱۰، ۹ و ۸ لیتر بر دقیقه و در فاصله‌های مشعل ۳۰، ۴۰ و ۵۰ میلی‌متر به‌دست آمد. در سرعت‌های مشعل ۱۲۰، ۲۰۰ و ۳۰۰ میلی‌متر بر دقیقه؛ دمای بیشنه محاسبه ‎شده به‌ترتیب ۹۰۰ ، ۸۱۰ و ۷۲۰ کلوین و دمای بیشینه اندازه‌گیری‌ شده‎ ۸۸۵، ۷۸۵ و ۶۹۰ کلوین به‌دست آمد. دمای بیشینه محاسبه ‎شده در دبی‌های ۱۰، ۹ و ۸ لیتر بر دقیقه به‌ترتیب ۹۰۰، ۸۱۰ و ۷۵۰ کلوین و دمای اندازه‌گیری ‌شده ۸۸۵، ۷۹۵ و ۷۴۰ کلوین حاصل شد. در فاصله‌های مشعل ۳۰، ۴۰ و ۵۰ میلی‌متری؛ بیشینه دمای محاسبه ‎شده به‌ترتیب ۹۰۰، ۸۸۰ و ۸۱۰ کلوین و دمای اندازه‌گیری‌ شده ۸۸۵، ۸۴۰ و ۷۹۰ کلوین به‌دست آمد.
 

در سه دهه اخیر سرامیک‌های پایه کلسیم- سیلیکاتی به‌عنوان انتخاب مناسبی به‌دلیل زیست‌فعالی، زیست‌سازگاری و توانایی تشکیل استخوان مناسب جهت کاربرد در مهندسی بافت مورد توجه واقع شده‌اند. در حال حاضر هاردیستونیت به‌عنوان یکی از مواد سرامیکی زیست‌سازگار و زیست‌فعال برای کاربردهای پزشکی مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این تحقیق، برای اولین بار پودر و داربست سه‌ بعدی هاردیستونیت با تخلخل‌های باز به‌ترتیب با روش سنتز آلیاژسازی مکانیکی و استفاده از فضاساز ساخته شدند. نانوهاردیستونیت خالص با استفاده از ۱۰ ساعت آسیاکاری و سه ساعت عملیات حرارتی ثانویه در دمای ۸۰۰ درجه سانتی‌گراد حاصل شد. اندازه بلورک‌های پودر و داربست هاردیستونیت به‌ترتیب ۲±۲۸ و ۱±۷۹ نانومتر اندازه‌گیری شد. نتایج نشان می‌دهد که داربست‌های نانوساختار هاردیستونیت به‌ترتیب با استحکام و مدول فشاری ۰۲/۰±۳۵/۰ و ۲۱/۰±۴۹/۱۰ مگاپاسکال، ۱±۸۱ درصد تخلخل و اندازه تخلخل در بازه ۲۰۰-۵۰۰ میکرومتر پس از سه ساعت عملیات حرارتی در دمای ۱۲۵۰ درجه سانتی‌گراد، با موفقیت سنتز شد. در حین عملیات حرارتی نمک سدیم کلرید(۸۰ درصد وزنی، ۳۰۰-۴۲۰ میکرومتر)، به‌تدریج بخار شده و در داربست ایجاد تخلخل می‌کند. به‌منظور ارزیابی توانایی تشکیل آپاتیت روی داربست‌ها، از آزمون مایع شبیه‌ساز بدن (SBF) استفاده شد. با توجه به نتایج، تشکیل لایه آپاتیت روی سطح داربست می‌تواند به‌عنوان معیاری از زیست‌فعالی درنظر گرفته شود.