نشریه علمی پژوهشی مواد پیشرفته در مهندسی

---

درسالهای اخیر، تحقیقات زیادی در زمینه استفاده از فرایند مکانوشیمیایی برای سنتز مواد پیشرفته صورت گرفته است. در این تحقیق، نانوکامپوزیت Al۲O۳-TiN به روش مکانوشیمیایی و با استفاده از ماده ارزان قیمت TiO۲ (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 ۵ 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 ۲,۱ و ۳.۱ باشد، پس از ۲۰ ساعت آسیابکاری، قله‌های نیترید تیتانیوم در نتایج XRD نمایان می‌شود. همچنین نتایج نشان داد آسیابکاری منجر به تشکیل ذرات ریز و کروی می شود.

---

بررسی روش ساخت و کیفیت لایه‏های نازک نیترید سیلیکون آمورف رسوب داده شده به روش لایه‏نشانی شیمیایی از فاز بخار در فشار پایین۱ از مخلوط رادیکالهای آزاد تشکیل شده از سیستم گازی نیتروژن، آمونیاک و تری‌کلرو‌سیلان هدف این مقاله است. تبدیل گازهای اولیه به رادیکالهای آزاد گازی با عبور دادن آنها از روی کاتالیزور سرامیکی پلاتین ایریدیوم آلومینا در دمای ۶۰۰ درجه سانتیگراد انجام شد. تغییرات سینتیک رشد لایه نسبت به تغییرات فشار کل سیستم، نسبت نرخ شارش آمونیاک به تری‌کلرو‌سیلان و دما بررسی شد. توپوگرافی و ترکیب شیمیایی لایه نازک توسط بیضی‏سنجی، طیف‌نگاری فوتو‌الکترون اشعه ایکس، طیف‌نگاری فوتو‌الکترون اشعه ایکس، طیف‌نگاری تبدیل فوریه مادون قرمز، میکروسکوپ نیروی اتمی و عمق‌نگاری با الکترون اوژه مورد بررسی قرار گرفت. بررسی نتایج نشان داد که در محدوده دمایی ۷۳۰ تا ۸۳۰ درجه سانتیگراد سینتیک رشد لایه نازک تابعی آرنیوسی با انرژی فعالسازی ۳/۱۶۶ کیلوژول بر مول است. آلودگی هیدروژن در لایه نازک نیترید سیلیکون آمورف ۰۵/۱ درصد اتمی اندازه‏گیری شد. این مقدار ۱۷ برابر کم‏تر از آلودگی هیدروژن در لایه‏های حاصل از روش لایه‏نشانی شیمیایی از فاز بخار به کمک پلاسما۲ و ۴/۳ برابر کم‏تر از مقدار آلودگی اندازه‏گیری شده در لایه‏های حاصل از لایه‌نشانی شیمیایی از فاز بخار در فشار پایین با استفاده از سیستم گازی سیلان و آمونیاک یا سیستم گازی دی‌کلروسیلان و آمونیاک است. تصاویر میکروسکوپ نیروی اتمی نشان داد که توپوگرافی سطحی لایه حاصل هموار و همگن است.

---

در این تحقیق تاثیر افزودن کلرید منیزیم بر سینتیک تشکیل اسپینل آلومینات منیزیم مورد مطالعه قرار گرفت. بدین منظور، مخلوط استوکیومتری از کربنات منیزیم و آلومینای کلسینه شده به مدت یک ساعت در دمای °C ۱۱۰۰ کلسینه شد. این ماده پس از آسیاب، به ترکیب ۶ درصد وزنی کلرید منیزیم افزوده، پس از شکل دهی با پرس در دماهای۱۳۰۰ و °C ۱۵۰۰ و در زمان های متفاوت تحت پخت قرار گرفت. مقدار فاز اسپینل تشکیل شده به کمک تحلیل فازی نیمه کمی تعیین شد. سپس با کمک معادله جاندر مقدار ثابت سرعت واکنش تشکیل اسپینل و مقدار انرژی فعال‌سازی آن با استفاده از معادله ی آرنیوس به‌دست آمد. نتایج نشان داد که افزودن کلرید منیزیم باعث تسریع واکنش تشکیل اسپینل می شود. در این ارتباط مقدار انرژی فعال‌سازی برای نمونه بدون افزودنی کلرید منیزیم ۰۶/۹۳ و برای نمونه حاوی ۶ درصد افزودنی ۷۱/۵۵ کیلوکالری بر مول محاسبه شد.

---

در سال‌های اخیر، پژوهش‌های زیادی در زمینه استفاده از فرایند مکانوشیمیایی برای تولید نانومواد صورت گرفته است. در این پژوهش، نانوکامپوزیت زمینه سرامیکی TixAly/Al۲O۳ به روش مکانوشیمیایی و با استفاده از ماده ارزان قیمت TiO۲ 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 ۱۰ ساعت آسیاب‌کاری، اکسید آلومینیوم و آلومیناید تیتانیوم است و با افزایش زمان آسیاب‌کاری تا ۸۰ 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.

---

مولایت و آلومینا با ضریب انبساط گرمایی کم و مقاومت به شوک گرمایی خوب جزء سرامیک‌های دمابالا هستند. با وارد نمودن فاز تقویت کننده می‌توان از مزایای فاز سرامیکی چون استحکام گرم استفاده نمود. وجود کاربیدسیلیسیم در زمینه، خواص ترمومکانیکی را بهبود می‌بخشد. در فرایندهایی که به‌طور درجا فازهای موردنظر تشکیل می‌شود، هزینه‌ها کاهش می‌یابد. در این پژوهش از احیای کربوترمیک کائولینیت و آندالوزیت برای تشکیل کاربیدسیلیسیم به‌شکل درجا در زمینه آلومینا + مولایت استفاده شد. با توجه به نسبت (C/SiO_۲) و شرایط ساخت، ویژگی‌های کامپوزیت از نظر ترکیب فازی، ریزساختار و خواص فیزیکی و مکانیکی بررسی شد. نتایج نشان می‌دهد زمانی‌که نسبت C/SiO_۲ و دمای پخت در آندالوزیت ۵/۳ و ۱۶۰۰ درجه سانتی‌گراد و درکائولینیت ۵/۵ و ۱۵۵۰ درجه سانتی‌گراد باشد، شرایط بهینه‌ای از تراکم‌پذیری و تبلور فاز کاربیدسیلیسیم به­دست می­آید.

---

در این پژوهش تاثیر استفاده از نانوذرات تیتانیا بر استحکام مکانیکی نانوکامپوزیت­های آلومینا-کاربید سیلیسیم اتصال مولایتی مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور از روش ریخته­گری ژل به­کمک سل نانوسیلیس برای شکل دهی این نوع نانوکامپوزیت­ها استفاده شد. دمای پخت ترکیب توسط تحلیل گرمایی مشخص شد و پس از پخت در دمای ^°C ۱۳۰۰ استحکام‌های فشاری و خمشی نانوکامپوزیت مورد ارزیابی قرار گرفت. هم‌چنین خواص فیزیکی، ترکیب فازی و ریزساختار ترکیبات پس از پخت مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که استفاده از نانو تیتانیا تا مقدار ۱ درصد وزنی تاثیر زیادی بر بهبود استحکام مکانیکی این نوع نانوکامپوزیت‌ها دارد. افزودن نانوتیتانیا منجر به افزایش مقدار فاز مولایت و رشد بیش­تر ذرات سوزنی شکل آن می‌شود. ازدیاد اتصالات سرامیکی بین ذرات و در نتیجه بهبود استحکام مکانیکی نانوکامپوزیت به‌دلیل افزایش فاز مولایت حاصل می‌شود.

---

در این پژوهش، اثر افزودن آلومینا به‌عنوان رقیق کننده  بر سنتز احتراقی خود انتشار دما بالای فعال شده مکانیکی کامپوزیت آلومینا- دی بوراید زیرکونیم بررسی شد. بدین منظور، مخلوط ترمیت شامل آلومینیوم، اکسید زیرکونیم، اسید بوریک و مقادیر متفاوت اکسید آلومینیوم (۰، ۳، ۶ و ۹ درصد وزنی) به‌عنوان ماده اولیه استفاده و برای ۵ ساعت فعال‌سازی مکانیکی شد، سپس تف‌جوشی در کوره در دمای
۶۵۰ درجه سانتی‌گراد انجام شد. نتایج نشان داد که با افزایش اکسید آلومینیوم تا ۶ درصد وزنی، شدت قله گرماگیر در منحنی های تحلیل گرماسنجی افتراقی افزایش، اما با افزودن مقادیر بیش‌تر، شدت قله کاهش می‌یابد. در این‌حالت، توزیع یکنواخت‌تر ذرات دی بوراید زیرکونیم با اندازه دانه ظریف‌تر مشاهده شد.

---

در این پژوهش کامپوزیت  TiAl/Al_۲O_۳به­روش فعال­سازی مکانیکی مخلوط پودری TiO_۲-Al و گرمایش ریزموجی (مایکروویو) به‌دست آمد. مخلوط پودری اولیه به‌همراه مقادیر مختلف آلومینیوم اضافی آسیاب‌کاری و پس از فشرده­سازی به‌شکل قرص­های استوانه­ای، تحت گرمایش ریزموجی قرار گرفت. اثر میزان آلومینیوم اضافی و هم‌چنین نوع ماده کمکی جاذب امواج ریزموج (گرافیت و کاربید سیلیسیم) بر زمان اشتعال نمونه‌ها و ترکیب فازی کامپوزیت ساخته­شده مورد بررسی قرار گرفت. از تحلیل‌های XRD و SEM برای بررسی محصولات ساخته شده استفاده شد. نتایج تحلیل­های فازی نشان داد که بدون حضور آلومینیوم اضافی در مخلوط پودری اولیه، فاز TiAl به‌مقدار بسیار کم تشکیل می‌شود و به‌جای آن فاز Ti_۳Al شکل می­گیرد، در حالی­که با حضور ۱۰ درصد وزنی آلومینیوم اضافی، می­توان به فاز TiAl دست یافت. هم‌چنین نتایج نشان داد که دفن کردن قرص نمونه در پودر گرافیت نسبت به­قرار دادن آن میان دو بلوک کاربید سیلیسیم، موجب ساخت سریع­تر کامپوزیت با تکرارپذیری بالاتر می‌شود.

---

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.

---

استحکام بخشی مس با توزیع اکسید در آن به‌عنوان یک روش کارآمد برای افزایش استحکام مس بدون کاهش جدی در هدایت الکتریکی و گرمایی آن، شناخته شده است. چنین کامپوزیتی می تواند دماهای خیلی بالا را تحمل کند و خواص خود را حفظ کند. اینگونه آلیاژها کاربردهای زیادی علی‌الخصوص در دماهای بالا شامل الکترودهای جوشکاری مقاومتی، موتورهای الکتریکی و سویچ ها دارند. در تحقیق حاضر، ابتدا محلول جامد مس- ۱% آلومینیوم با آلیاژسازی مکانیکی تحت ۴۸ ساعت آسیاکاری، آماده شد. سپس ۶۶/۰ گرم پودر اکسید مس به محلول جامد مس- ۱% آلومینیوم اضافه شد و در زمان‌های ۰، ۱۶، ۳۲ و۴۸ ساعت مورد آسیاکاری قرار گرفت. مخلوط پودری آسیا شده با تکنیک‌های پراش پرتو ایکس و میکروسکوپ الکترونی روبشی مورد بررسی قرار گرفت؛ پارامتر شبکه مس با افزایش زمان آسیا‌کاری ابتدا افزایش و سپس کاهش می‌یابد. روند تغییرات کرنش کاملاً افزایشی و روند تغییرات اندازه کریستال کاملاً کاهشی بود. اندازه ذرات روند کاملاً کاهشی نشان داد. میکروسختی نمونه‌ها با افزایش دمای عملیات حرارتی از ۴۵۰ درجه سانتی‌گراد به ۷۵۰ درجه سانتی‌گراد روند کاهشی- افزایشی نشان داد. مجموعه این نتایج دلیلی بر تشکیل نانو‌ذرات آلومینا در زمینه مس است.
 

---

در این پژوهش پوشش کامپوزیتی نانوساختار FeAl/Al_۲O_۳ به‌روش آسیا‌کاری مکانیکی از طریق یک واکنش مکانوشیمیایی بر سطح زیرلایه فولاد کربنی پوشش داده شد. مواد اولیه مصرفی Fe، Al و Fe_۲O_۳ به میزان استوکیومتری به همراه زیرلایه و گلوله‌هایی به قطر چهار میلی‌متر در یک آسیای ارتعاشی پرانرژی تا ۲۲ ساعت تحت آسیا‌کاری قرار گرفت. برخی از نمونه‌های آسیا شده به مدت زمان یک و سه ساعت در دمای۷۷۳ کلوین آنیل شدند. آزمون‌های پراش پرتو ایکس (XRD)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، ریزسختی سنج و زبری سنج جهت ارزیابی مکانیزم واکنش مکانوشیمیایی و همچنین مشخصه‌یابی پوشش مورد استفاده قرار گرفت. واکنش مکانوشیمیایی در حین عملیات آسیا‌کاری پس از ۱۴ ساعت شروع و منجر به تشکیل جزئی نانوکامپوزیت FeAl/Al_۲O_۳ شد. افزایش زمان آسیا‌کاری تا ۱۸ ساعت سبب افزایش مداوم ضخامت پوشش تا ۸۰ میکرومتر گردید و ادامه فرایند آسیا‌کاری پس از آن موجب کندگی موضعی پوشش و ایجاد ترک در ساختار آن شد. ریزسختی پوشش ۱۸ ساعت آسیا شده معادل ۱۰۵۰ ویکرز تعیین شد. آنیل در دمای ۷۷۳ کلوین به مدت سه ساعت موجب تکمیل واکنش و سنتز پوشش نانوکامپوزیتی FeAl/Al_۲O_۳ شد. نتایج نشان داد که عملیات آنیل سبب افزایش سختی پوشش به ۱۲۰۰ ویکرز و بهبود قابل ملاحظه چسبندگی پوشش شد.
 

---

در این تحقیق با به‌کارگیری آندایزینگ دو مرحله‌ای، تمپلت‌ آلومینایی منظم با قطر حفره ۳۰ نانومتر و طول ۱۵ میکرومتر ساخته شد. سپس با کمک روش غوطه‌وری در محلول سل، نانو‌سیم‌های فریت استرانسیوم تهیه شدند. نانوپودرهای فریت مورد نظر نیز با استفاده از روش سل- ژل سنتز شد. مشخصه‌یابی نانوساختارها با استفاده از پراش پرتو ایکس (XRD)، میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی (FESEM) و آزمون طیف‌سنجی توزیع انرژی (EDS) انجام شد. منحنی مغناطش برای نانوپودر و نانو‌سیم‌ها (در جهت موازی و عمود با محور نانو‌سیم) با استفاده از دستگاه تداخل‌سنج کوانتومی ابررسانایی (SQUID) رسم شد. نتایج بیانگر آن است آندایز دو مرحله‌ای در اگزالیک اسید ۳/۰ مولار در دمای چهار درجه سانتی‌گراد با آندایز مرحله اول ۱۲ ساعت منجر به ایجاد تمپلت کاملاً منظم می‌شود. روش غوطه‌وری در دمای ۸۰ درجه سانتی‌گراد به مدت دو ساعت منجر به ایجاد نانو‌سیم‌های یکنواخت و منظم فریت استرانسیوم می‌شود؛ نانو‌سیم‌های مغناطیسی درون تمپلت ناهمسانگردی عمودی از خود نشان دادند.
 

---

در این پژوهش، شکل‌گیری ترکیب بین‌فلزی Al_۳Ti در فصل مشترک اتصال آلومینیم- تیتانیم در حین فرایند جوشکاری قوس- تنگستن تحت پوشش گاز محافظ و عملیات حرارتی مورد بررسی واقع شده است. براساس نتایج حاصل، در حین انجام عملیات رسوب‌‌گذاری، لایه‌ ظریفی از ترکیب بین‌فلزی Ti_۳Al_۲ در فصل مشترک اتصال ایجاد می‌شود. طی انجام عملیات حرارتی در دمای ۵۵۰ درجه سانتی‌گراد، این لایه به فاز بین‌فلزی Al_۳Ti تبدیل شده و شروع به رشد می‌کند. با انجام عملیات حرارتی در دماهای بالاتر، نرخ رشد لایه بین‌فلزی Al_۳Ti افزایش یافته و هم‌زمان با آن شکل‌گیری حفرات کرکندال، به هم پیوستن حفرات و جدایش زوج نفوذی از محل اتصال با آلومینیم اتفاق می‌افتد

---

---

---