نشریه علمی پژوهشی مواد پیشرفته در مهندسی

در این تحقیق، نانوپودر ایتریا آلائیده‌‌ شده با لانتانیم و نئودیمیم به‌روش سل-ژل احتراقی تهیه شد. اسید سیتریک و گلایسین به‌ترتیب به‌عنوان عامل ژل­ساز و احتراق استفاده شد. تأثیر نسبت ­­های مولی اسید سیتریک به گلایسین بر اندازه­ و مورفولوژی دانه ­ها بررسی شد. برای ارزیابی نمونه­ بهینه شده از آزمون­ های پراش‌سنج پرتوایکس (XRD)، تصاویر میکروسکوپی الکترونی روبشی گسیل میدانی (FESEM)، میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM)، تجزیه حرارتی (TG-DTA)، طیف­بینی مادون قرمز با تبدیل فوریه (UV-Vis) و طیف­بینی تبدیل فوریه مادون‌ قرمز (FTIR) استفاده شد. نمونه بهینه، با استفاده از نسبت مولی اسید سیتریک به گلایسین برابر با ۰۶/۱: ۰۶/۱، دارای محدوده اندازه­دانه ۴۰-۳۰ نانومتر و مورفولوژی کاملاً کروی است و هم‌چنین فاقد آگلومره بوده و تراز ­انرژی فرعی برابر با ۲۹/۳ الکترون ولت دارد.

در این پژوهش، متغیرهای اثرگذار بر سنتز نانو ذرات نقره به‌روش احیای شیمیایی سبز بهینه‌سازی و یک الگوی رسانا با استفاده از نانو ذرات نقره ساخته شد. مواد اولیه مورد استفاده شامل نمک نقره ‌نیترات به‌عنوان منبع یون نقره، پلی‌وینیل‌پیرولیدون به‌عنوان عامل پایدارکننده سطحی و گلوکز به‌عنوان عامل احیاکننده بود. متغیر‌های موثر به‌وسیله آزمون‌های آماری تاگوچی، به‌منظور بررسی اثر متغیر‌های سنتز بر شرایط بهینه و تحقق بخشیدن به کوچک‌ترین متوسط اندازه ذره مورد بررسی قرار گرفت. نانو ذرات نقره به‌دست آمده توسط آزمون پراش اشعه ایکس (XRD) و میکروسکوپی الکترونی روبشی گسیل میدانی (FESEM) مشخصه‌یابی شدند. کوچک‌ترین اندازه ذره را می‌توان با اعمال سرعت افزودن 1/0 میلی‌لیتر در دقیقه، دمای واکنش 90 درجه سانتی‌گراد، نسبت وزنی (بر حسب گرم) گلوکز به نقره ‌نیترات 3 به 1، نسبت پلی‌وینیل‌پیرولیدون به نقره ‌نیترات 2/3 به‌دست آورد. در شرایط یاد شده بر طبق انتظار اندازه ذرات 20 نانومتر به‌دست آمد و آزمون تأیید از نتایج میکروسکوپی الکترونی روبش گسیل میدانی FESEM نیز نانو ذراتی با اندازه 25 نانومتر را نشان داد. در نهایت با استفاده از پودر سنتز شده الگوی رسانایی روی بستر شیشه چاپ شد. مقاومت الکتریکی الگوی چاپ شده ^4-10×088/0 اهم سانتی‌متر به‌دست آمد.

فرایند لایه‌برداری الکتروشیمیایی جزء متداولترین روش‌هایی است که به‌منظور تولید گرافن استفاده می‌شود، اما جدا شدن ذرات چند لایه از گرافن در این روش مانع رسیدن به گرافن با خواص واقعی می‌شود. در این پژوهش برای اولین بار افزایش لایه‌برداری توسط یک فعال کننده سطحی جدید به نام ستیل‌تری‌متیل‌آمونیوم‌کلراید و تأثیر این ماده بر مقدار گرافن لایه‌برداری شده و مقدار گروه عاملی در آن مورد بررسی قرار گرفته است. برای تعیین مشخصات محصولات از آزمون‌های رسانایی‌سنجی، توزین، میکروسکوپی الکترونی عبوری ((TEM و طیف‌سنجی جذبی مرئی- فرابنفش استفاده شد. بر اساس نتایج، حضور فعال کننده سطحی ستیل‌تری‌متیل‌آمونیوم‌کلراید در حلال، مقدار خوردگی از الکترود را کاهش می‌دهد و باعث افزایش لایه‌برداری می‌شود، گرچه فراتر از غلظت بحرانی تشکیل مایسل این فعال‌کننده سطحی، وزن لایه‌برداری کاهش می‌یابد.

در این پژوهش، پوششی از NiAl اصلاح شده با کروم به روش روکش‌کاری جوشی و با استفاده از فرایند جوش­کاری قوسی تنگستن-گاز (GTAW) بر سطح فولاد 310 اعمال شد. ترکیب شیمیایی و دانه‌بندی پوشش به دست آمده به کمک آزمون پراش اشعه ایکس XRD))، میکروسکوپی نوری و میکروسکوپی الکترونی روبشی مجهز به آزمون طیف‌سنجی پراکندگی انرژی (EDS) بررسی شد. سپس رفتار سایشی پوشش به‌دست آمده با استفاده از آزمون پین روی دیسک در دماهای محیط و 400 درجه‌ سانتی‌گراد مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد، اعمال پوشش NiAl اصلاح شده با کروم باعث افزایش شدید سختی می‌شود. نتایج آزمون­های سایش نشان داد که پوشش NiAl اصلاح شده با کروم قادر به بهبود قابل ملاحظه مقاومت سایشی فولاد 310 در دماهای محیط و 400 درجه سانتی‌گراد است. این نتایج بر اساس مکانیزم سایشی به‌دست آمده از تصاویر میکروسکوپی الکترونی روبشی مورد بحث قرار گرفته است.

در این پژوهش فوم­ های آلومینیومی AA356 با مقادیر مختلف از ذرات سیلیسیم کاربید (SiC) به ‌عنوان عامل تقویت­ کننده و پایدارساز و پودر کلسیم کربنات (CaCO₃) به‌عنوان عامل فوم­ ساز با استفاده از روش فوم­ سازی مستقیم مذاب تولید شد. چگالی محصولات فومی بین 38/0 تا 68/0 گرم بر سانتی‌متر مکعب اندازه‌گیری شد. پس از آن ریزساختار و خواص فشاری فوم­ های کامپوزیتی AA356/SiC_p تولید شده بررسی شد. ارتباط بین تنش مسطح، چگالی، درصد وزنی CaCO₃ و کسر حجمی ذرات SiC با قطر متوسط ثابت نیز مورد ارزیابی قرار گرفت. مشخص شد که منحنی تنش-کرنش فشاری محصولات یکنواخت نیست و ظاهری دندان ه­ای دارد. از سوی دیگر نشان داده شد که در یک چگالی ثابت، تنش مسـطح با افزایش محتـوای ذرات SiC و کاهـش مقدار پودر CaCO₃ مصرفی، افزایش می­یابد.

در این پژوهش تولید کامپوزیت درجا به روش سنتز احتراقی آلومینوترمیک در سیستم Al-V₂O₅-NiO مورد مطالعه قرار گرفت. بدین منظور مخلوط پودرهای Al، V₂O₅ و NiO با نسبت استوکیومتری به‌ترتیب با درصد مولی 1:1:11 به‌مدت یک ساعت آسیاب‌کاری و سپس تحت تراکم قرار گرفتند. برای بررسی دماهای وقوع تحولات فازی از تجزیه حرارتی افتراقی استفاده شد. نمونه‌های خام با توجه به دمای پیک واکنش‌ها در تجزیه حرارتی افتراقی، تحت عملیات حرارتی قرار گرفتند. بررسی الگوهای پراش پرتو ایکس تشکیل فازهایی همانند فاز Al₃V و Al₃Ni₂ در دماهای مختلف زینترینگ را نشان می‌دهد. بررسی‌های ریزساختاری و فازی نشان داد که در طی زینترینگ تا قبل از دمای 700 درجه سانتی‌گراد، فاز Al₃V تشکیل نمی‌شود و در دمای 880 درجه سانتی‌گراد فاز Al₃Ni₂ تشکیل و بعد از درجه حرارت 950 درجه سانتی‌گراد نیز به فاز Al₄Ni₃ تبدیل می‌شود. به‌علاوه بعد از درجه حرارت 950 درجه سانتی‌گراد فاز Al₃V به فاز Al₂₃V₄ تبدیل می‌شود. بررسی سختی و چگالی نیز نشان داد که این دو متغیر با افزایش درصد تقویت کننده‌ها، افزایش می‌یابند.

در این پژوهش نانوبلورهای فریت کبالت از بازپخت ترکیب آلیاژی Co-Fe حاصل از آسیاب‌کاری در اتمسفر هوا به‌دست آمد. تاثیر دمای بازپخت بر تشکیل فاز فریت کبالت و ویژگی‌های ساختاری و مغناطیسی محصول مورد مطالعه قرار گرفت. فاز‌یابی نمونه بازپخت شده در دمای 450 درجه سانتی‌گراد نشان داد که حدود 46درصد وزنی نمونه به فریت کبالت CoFe₂O₄ تبدیل شده است. این میزان در نمونه‌های بازپخت شده در دماهای 800 و 900 درجه سانتی‌گراد به ترتیب به 95 و 90 درصد ‌می‌رسد. کاهش مغناطش اشباع نمونه با بازپخت به تبدیل فاز Co-Fe به فریت کبالت ارتباط داده شد. اثر اندازه دانه‌ها و کم شدن نسبت سطح به حجم منجر به یک افزایش در مغناطش اشباع نمونه 900 درجه سانتی‌گراد نسبت به نمونه 800 درجه سانتی‌گراد شده است. بیشترین وادارندگی در نمونه بازپخت شده در 800 درجه سانتی‌گراد مشاهده شد که کوچک بودن اندازه بلورک‌ها در این نمونه دلیل اصلی این افزایش نسبی است.

در این پژوهش پوشش نیترید تیتانیوم با استفاده از واکنش گرهای TiCl₄، N₂، H₂ و Ar روی فولاد AISI H13 بهوسیله فرایند پوشش‌دهی رسوب شیمیایی بخار به کمک پلاسما ایجاد شد. پوشش­ ها در دماهای مختلف زیرلایه (460، 480 و 510 درجه سانتی‌گراد) ایجاد شدند. آزمون سایش از نوع ساچمه بر روی دیسک برای تعیین مکانیزم سایش در دمای بالا (400 درجه سانتی‌گراد) و دمای پایین (25 درجه سانتی‌گراد) انجام گرفت. خواص و ترکیب شیمیایی پوشش با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی، پراش اشعه­ ایکس و ریزسختی­ سنجی مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج آزمون سایش در دمای محیط بر حسب نرخ سایش بیان شد. آزمون سایش در دمای محیط نشان داد که پوشش TiN ایجاد شده در دمای 460 درجه سانتی‌گراد دارای کمترین میزان کاهش وزن است و این پوشش دارای بیشترین میزان سختی است. بهترین مقاومت به سایش برای پوششی با بیشترین سختی (1800 ویکرز) است. مکانیزم سایش با تغییر دمای سایش تغییر می‌کند. مشاهدات مسیر سایش نشان داد که سایش در دمای پایین به‌صورت خستگی سطحی است در حالی که سایش در دمای بالا از نوع چسبان است.

وجود فریت بینیتی و آستنیت پرکربن پایدار در دمای محیط با ابعاد نانومتری در ریزساختار فولادهای بینیتی فوق مستحکم،سبب دست‌یابی به مجموعه‌ای از خواص استحکامی و انعطافی منحصر به فرد در این دسته از فولادهای نانوساختار شده است. در این پژوهش تأثیر تغییر چگالی نابجایی‌ها در حین آزمایش کشش در دمای محیط، بر رفتار تغییر شکل فولادهای بینیتی نانوساختار دما پایین مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می‌دهند جذب نابجایی‌های تیغه‌های فریت بینیتی توسط آستنیت موجود در اطراف آن‌ها، باعث کاهش کارسختی و در نتیجه افزایش قابلیت فرم پذیری فریت بینیتی در حین تغییر شکل و در نهایت دست‌یابی به ترکیب مناسبی از استحکام و انعطاف‌پذیری می‌شود.

فولاد زنگ‌ نزن سوپر دو فازی به دسته‌ای از فولاد‌های زنگ نزن دو فازی گفته می‌شود که عدد مقاومت به حفره‌دار شدن آن بالاتر از 40 باشد. فولاد UNS S32750 (unified numbering system) یکی از معروف‌ترین فولاد‌های زنگ نزن سوپر دو فازی می‌باشد، که به‌علت خواص مطلوب استحکام و خوردگی در صنایع پالایشگاهی نظیر نفت و گاز کاربرد عمده‌ای پیدا کرده است. با توجه به کاربرد این فولاد اتصال دائم آنها به‌روش جوشکاری اهمیت بالایی می‌یابد و مشکل عمده در این رابطه افت خواص مکانیکی و خوردگی پس از جوشکاری می‌باشد. در این تحقیق جوشکاری فولاد زنگ نزن سوپر دو فازی UNS S32750 با روش اصطکاکی اغتشاشی انجام شده است. ابزار مورد استفاده در جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی کاربید تنگستن رنیوم‌دار با قطر شانه 16 میلی‌متر و قطر بزرگ پین 5 میلی‌متر به ارتفاع 9/1 میلی‌متر می‌باشد. نتایج حاصل از آزمون پراش پرتوی ایکس نشان داد فازهای مضر نظیر سیگما ((sigma و چی (chi) به‌علت کنترل حرارت ورودی تشکیل نشده‌اند. بررسی‌های ریزساختاری مشخص کرد اندازه دانه‌ها در منطقه اغتشاش نمونه‌های جوشکاری شده کاهش یافته است. آزمون ریزسختی برروی نمونه‌های جوشکاری شده به‌روش ویکرز انجام پذیرفت. متوسط سختی فلز پایه در حدود 285 ویکرز به‌دست آمد. آزمون ریزسختی مشخص کرد در منطقه اغتشاش به‌دلیل کاهش اندازه دانه سختی تا حدود 360 ویکرز افزایش یافته است. آزمون پلاریزاسیون سیکلی در مورد نمونه‌های اتصال یافته به‌روش اصطکاکی اغتشاشی نشان داد پتانسیل و جریان خوردگی مشابه با فلز پایه می‌باشد. همچنین مشاهده شد در اثر جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی درصد فریت در مقطع جوش به‌دلیل پایین بودن حرارت ورودی و بالا بودن سرعت سرد شدن تغییر قابل ملاحظه‌ای نشان نداده است.
 

در این پژوهش، اتصال غیر‌مشابه فولاد کم آلیاژ 4130 به فولاد زنگ‌نزن آستنیتی ‌L316 به‌روش جوشکاری قوسی تنگستن- گاز مورد بررسی قرار گرفت. از دو فلز پرکننده ERNiCr-3 و فولاد زنگ‌نزن ER309L بـه ایـن منظـور اسـتفاده شـد. پـس از جوشـکاری، ریزساختار مناطق مختلف هر اتصال شامل فلز جوش، مناطق متأثر از حرارت و فصل مشترک‌ها با استفاده از میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) مورد بررسی قرار گرفت. جهت بررسی خواص مکانیکی اتصال از آزمون‌های ضربه و کشش استفاده شد. مشاهدات انجام شده توسط SEM نشان داد که در آزمون ضربه، شکست نمونه‌ها به‌صورت نرم می‌باشد. در آزمون کشش نمونه جوش داده شده با سیم جوش ER309L از فولاد پایه L‌316 دچار شکست شد، اما نمونه جوش داده شده با سیم جوش ERNiCr-3 از محل جوش دچار شکست شد. بررسی‌ها نشان‌دهنده وجود سـاختار دندریتی در فلزات جوش پایه نیکلی بود. ریزساختار فلـز پرکننده فولاد ER309L به‌صورت سلولی- دندریتی بوده و به‌دلیل وجـود فاز فریـت دلتـا در نـواحی بـین دنـدریتی آستنیت زمینه، هیچ‌گونه ترکی در این اتصال مشاهده نشد.
 

در این تحقیق، تأثیر متغیرهای فاصله توقف و ضخامت ماده منفجره بر خواص متالورژیکی فصل مشترک اتصال انفجاری مس به فولاد زنگ‌نزن 304 بررسی شده است. بررسی‌های آزمایشگاهی با استفاده از میکروسکوپ نوری، میکروسکوپ الکترونی روبشی، آزمون‌های ریزسختی سنجی و استحکام سنجی کششی برشی انجام ‌شده است. کشیدگی دانه‌ها و ریزدانگی در مجاورت فصل مشترک بر اثر تغییر شکل پلاستیکی شدید اتفاق افتاده است. با افزایش متغیرهای آزمون، مناطق مذاب موضعی در مجاورت امواج افزایش‌ یافته که ترکیب مناطق مخلوطی از عناصر صفحات پایه و پرنده بوده است. نتایج ریز سختی نشان داده با کاهش ضخامت ماده منفجره و فاصله توقف سختی در مناطق مجاور فصل مشترک در قسمت مس از 4/103 ویکرز به 8/99 ویکرز کاهش یافته است. همچنین در قسمت فولاد زنگ‌نزن مقدار سختی در مجاورت فصل مشترک کاهش یافته که دلیل آن بالا رفتن دما در مجاورت فصل مشترک بوده است. همچنین در آزمایش استحکام کششی برشی در ضخامت ماده منفجره 79 میلی‌متر و فاصله توقف سه میلی‌متر بالاترین استحکام در حد 244 مگاپاسگال بوده و کمترین استحکام در ضخامت ماده منفجره 46 میلی‌متر و فاصله توقف سه میلی‌متر برابر 208 مگاپاسگال به‌دست آمد. با کاهش مقدار ضخامت ماده منفجره و فاصله توقف، استحکام کاهش یافته است.