نشریه علمی پژوهشی مواد پیشرفته در مهندسی

در این پژوهش فرایند تشکیل فاز نمونه­های Mn_2.5Ge 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 Mn₁₁Ge₈ با ساختار اورتورومبیک و گروه فضایی Pnam است. مقادیر مغناطش اشباع نمونه های آسیاب کاری شده با زمان اسیاب از مقدار 2/0 تا 95/1 (kg^-1Am²) افزایش می یابد. باقی‌ماندگی نمونه­ها نیز با افزایش زمان آسیاب­کاری افزایش و میدان وادارندگی نمونه­ها با افزایش زمان آسیاب­کاری کاهش یافته است. بازپخت نمونه­ 15 ساعت آسیاب­کاری شده به حذف فازهای Mn و Ge و ظهور چهار فاز جدید Mn₃Ge و Mn₅Ge₂ و Mn₅Ge₃ و Mn_2.3Ge منجر شد، که فاز جدید Mn₃Ge با ساختار) Do₂₂ تتراگونال ( و گروه فضاییI4/mmm  فاز پایدار و غالب است. افزایش مغناطش اشباع نمونه­ بازپختی به شکل­گیری فازهای مغناطیسی جدید و افزایش میدان وادارندگی به فاز Mn₃Ge 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 6/0 تا 65/5 (kg^-1Am²) قرار داشتند. تحلیل ریتولد نشان داد نمونه­ Mn_2.5Ge ساخته شده به‌روشس ذوب قوسی که فرایند تکمیلی بازپخت در دمای 620 درجه سانتی‌گراد روی آن صورت گرفت، تک فاز است، که در نتیجه آن ترکیب Mn_2.5Ge با مغناطش اشباع (kg^-1Am²) 252/5 و میدان وادارندگی 005/0 تسلا به‌دست آمد.

در این پژوهش تاثیر زمان عملیات زیر صفر روی رفتار تریبولوژیکی و ریزساختار فولاد سخت شونده سطحی 5120AISI ، مورد بررسی قرار گرفته است. به این منظور نمونه­های دیسکی شکل در دمای 920 درجه ‌سانتی‌گراد به مدت 6 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 1، 24، 30 و 48 ساعت در نیتروژن مایع نگهداری شدند و در دمای 200 درجه ‌سانتی‌گراد به‌مدت 2 ساعت بازگشت شد. آزمون سایش به روش گلوله روی دیسک با استفاده از ساچمه کاربید تنگستنی با دو بار 80 و 110 نیوتن انجام شد. به‌منظور مشاهده‌ کاربید‌ها از محلول کلرید مس (5 گرم)+ هیدروکلریک اسید (100 میلی‌لیتر) + اتانول (100 میلی‌لیتر) استفاده شد. سختی نمونه­ها به روش ویکرز با بار 300 نیوتن قبل و بعد از بازگشت اندازه‌گیری شد. درصدآستنیت باقی‌مانده از روش تفرق اشعه X محاسبه شد؛ میزان آستنیت باقی‌مانده در نمونه CHT، 8 درصد، 1DCT، 4 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 80 و 110 نیوتن، در زمان­های 1 و 24 ساعت نسبت به نمونه عملیات زیر صفر نشده افزایش و در نمونه‌های 30 و 48 ساعت عملیات زیر صفر شده کاهش یافته است؛ به­گونه­ای که نمونه­ی 48 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 24 ساعت، رشد کاربید­ها و توزیع غیریکنواخت آن در ریز­ساختار و در نتیجه ضعیف شدن زمینه بوده است؛ بنابراین مدت زمان 24 ساعت عملیات زیر صفر عمیق بر فولاد 5120 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_12-3xO₁₉ (5/0،3/0x=) 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 5 ساعت عملیات حرارتی در دمای °C 1000 بود. هم‌چنین طبق تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) مورفولوژی ذرات به‌صورت کاملاً هگزاگونال با میانگین اندازه ذرات 250-200 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_0.3Cr_0.3Sn_0.3Fe_11.1O₁₉ حاصل شد. مقادیر مغناطش اشباع (M_s) و نیروی وادارندگی (H_c) برای این ترکیب به ترتیب برابر emu/g 21/42 و Oe 656 اندازه‌گیری شد.

نانوپودرهای فریت منگنز-منیزیم Mg_xMn_1-xFe₂O₄ که x دارای مقادیر0 تا 1 با گام­های 2/0 است به روش هم­رسوبی تهیه و سپس تحت فشار هیدرولیکی به قرص‌ تبدیل شدند و سرانجام در دماهای 900، 1050 و 1250 درجه ‌سانتی‌گراد تف‌جوش شدند. میکروسکوپ تونلی روبشی اندازه ذرات پودرهای حاصل را در حدود 17 نانومتر نشان داد. الگوهای پراش پرتو ایکس تشکیل ساختار اسپینل مکعبی تک‌فاز را برای نمونه­های تف‌جوش شده در دمای 1250 درجه ‌سانتی‌گراد تأیید نمودند. در این نمونه­ها با جانشانی یونMg²⁺ به­جای Mn²⁺، ثابت شبکه از مقدار 49/8 به 35/8 آنگستروم و مغناطش اشباع از مقدار 7/74 به emu/g 2/21 کاهش یافت. هم‌چنین نیروی وادارندگی از مقدار 5 به Oe 23 و دمای کوری از مقدار 269 به 392 درجه ‌سانتی‌گراد افزایش یافت. نمونه­های با x برابر با 2/0 ، 4/0 ، 6/0، تف‌جوش شده در دمای 1250 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-28Zn در محدوده دمایی 890-970 درجه ‌سانتی‌گراد به‌مدت 20 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 200 درجه سانتی­گراد، به مدت 6 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 10 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^-1384) و انرژی ویژه (53 وات ساعت بر کیلوگرم) در جریان ویژه دشارژ 1/0 آمپر بر گرم برای الکترود اکسیدی آنیل شده به دست آمد. در نهایت، نتایج آزمون عمر سیکلی در جریان ویژه 10 آمپر بر گرم، حاکی از پایداری سیکلی عالی و افزایش حدود 23 درصدی ظرفیت خازنی ویژه شبه خازن تولیدی پس از اعمال 5000 سیکل شارژ - دشارژ در الکترولیت یک مولار سولفات سدیم بود.

در این پژوهش اتصال سوپرآلیاژ IN-738LC به روش فاز مایع گذرا با استفاده از فویل آمورف MBF-20 تولید شده به روش مذاب ریسی مورد بررسی قرار گرفت. فرایند اتصال دهی در دماهای 1035-1080 درجه ‌سانتی‌گراد و زمان­های 30-60 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 1055 درجه ‌سانتی‌گراد به مدت 30 دقیقه فرایند انجماد هم‌دما کامل شد اما برخلاف انتظار با افزایش دما به 1080 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 IN738LC، 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 NH₄Cl به‌عنوان فعال کننده، به یک پوشش سیلیسیم آلومیناید در دمای 900 درجه سانتی‌گراد دست یافت. از دو مخلوط پودری با ترکیب 7Si-14Al-(1-3)NH₄Cl-Al₂O₃ (برحسب درصد وزنی) و 16Si-4Al-(1-3)NH₄Cl-Al₂O₃ (به‌ترتیب با نسبت Si/Al 5/0 و 4) استفاده شد. نتایج نشان داد که هر دو پوشش دارای ساختاری چند لایه و متشکل از فاز غالب AlNi₂Si می­ باشند. در پوشش حاصل از مخلوط پودری با نسبت 5/0=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 AlNi₂Si و در نهایت NiSi تبدیل می‌شود. نمونه پوشش‌دهی شده با استفاده از مخلوط با نسبت 4=Si/Al شامل فاز مطلوب AlNi₂Si 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 120، 200 و 300 میلی‌متر بر دقیقه، دبی‌های 10، 9 و 8 لیتر بر دقیقه و در فاصله‌های مشعل 30، 40 و 50 میلی‌متر به‌دست آمد. در سرعت‌های مشعل 120، 200 و 300 میلی‌متر بر دقیقه؛ دمای بیشنه محاسبه ‎شده به‌ترتیب 900 ، 810 و 720 کلوین و دمای بیشینه اندازه‌گیری‌ شده‎ 885، 785 و 690 کلوین به‌دست آمد. دمای بیشینه محاسبه ‎شده در دبی‌های 10، 9 و 8 لیتر بر دقیقه به‌ترتیب 900، 810 و 750 کلوین و دمای اندازه‌گیری ‌شده 885، 795 و 740 کلوین حاصل شد. در فاصله‌های مشعل 30، 40 و 50 میلی‌متری؛ بیشینه دمای محاسبه ‎شده به‌ترتیب 900، 880 و 810 کلوین و دمای اندازه‌گیری‌ شده 885، 840 و 790 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 10 ساعت آسیاکاری و سه ساعت عملیات حرارتی ثانویه در دمای 800 درجه سانتی‌گراد حاصل شد. اندازه بلورک‌های پودر و داربست هاردیستونیت به‌ترتیب 2±28 و 1±79 نانومتر اندازه‌گیری شد. نتایج نشان می‌دهد که داربست‌های نانوساختار هاردیستونیت به‌ترتیب با استحکام و مدول فشاری 02/0±35/0 و 21/0±49/10 مگاپاسکال، 1±81 درصد تخلخل و اندازه تخلخل در بازه 200-500 میکرومتر پس از سه ساعت عملیات حرارتی در دمای 1250 درجه سانتی‌گراد، با موفقیت سنتز شد. در حین عملیات حرارتی نمک سدیم کلرید(80 درصد وزنی، 300-420 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.