نشریه علمی پژوهشی مواد پیشرفته در مهندسی

چکیده- هدف از پژوهش حاضر، بررسی خواص ساختاری، نوری و حرارتی شیشه‌های GeO₂-PbO-CaO-SrO در راستای دستیابی به بالاترین خواص اپتیکی و پایداری حرارتی به‌منظور استفاده در ساخت پنجره‌های مادون قرمز است. در این راستا، شیشه‌های ژرماناتی مختلف در گروه‌های ترکیبی PbO-xCaO (x-50)و50GeO₂ و 50GeO₂-(50-x)PbO-xSrO و (20 و 10، 0 x=) با انجام فرایند متداول ذوب و سرد کردن سریع در میان دو صفحه‌ فولادی تهیه شدند. بررسی‌های ساختاری، نوری و حرارتی نمونه‌های حاصل توسط پراش‌سنج پرتو ایکس (XRD)، آنالیز حرارتی (DTA)، آزمون طیف‌سنجی مادون قرمز (FTIR) و آزمون طیف‌سنجی مرئی- فرابنفش (UV-Vis) انجام شد. نتایج حاصل حاکی از آن بود که افزودن اکسید کلسیم به ترکیب شیشه‌های ژرماناتی- اکسید سرب، باعث کاهش توانایی تشکیل فاز شیشه‌ای، خواص نوری و حرارتی این گروه ترکیبی می‌شود. برخلاف اکسید کلسیم، حضور اکسید استرانسیم تأثیر مخربی بر خواص اپتیکی شیشه‌های مورد بحث نداشته، بیشترین دمای تبلور در حدود 831 درجه‌ سانتی‌گراد و دمای انتقال به شیشه در حدود 580 درجه‌ سانتی‌گراد در ترکیب حاوی 20 درصد اکسید استرانسیم حاصل شد.

در این پژوهش، ساخت آلیاژ حافظه‌دار Cu-12wt%Al-4wt%Ni حاوی بور به‌روش آلیاژسازی مکانیکی، پرس و نورد مورد بررسی قرار گرفت. برای تهیه نمونه بالک از پودرهای آلیاژسازی مکانیکی شده به‌مدت 20 و 40 ساعت، از روش‌های پرس سرد، تف­جوشی، نورد، عملیات حرارتی و کوئنچ استفاده شد. ساختار فازی، میکروساختار، میکروسختی و دمای استحاله نمونه‌های حاصل مورد مطالعه قرار گرفت. مشخص شد که با افزایش زمان آسیاکاری از 20 به 40 ساعت دماهای شروع استحاله مارتنزیتی از 254 به 264 درجه سانتی‌گراد افزایش پیدا می‌کند. همچنین، نتایج نشان داد که افزودن عنصر بور به مقدار 5/0 درصد وزنی باعث افت دمای استحاله به 211 درجه سانتی‌گراد و افزایش میکروسختی از مقدار 154 به 193 ویکرز می‌شود که علت آن به ریزدانه شدن در اثر ظهور رسوبات غنی از بور نسبت داده شد. به‌دلیل ناهمگنی نسبی در غلظت آلومینیوم در زمینه و تشکیل مارتنزیت با ساختار متفاوت، استحاله دو مرحله‌ای بروز کرد که در نمودار آزمون گرماسنجی تفاضلی روبشی  DSCبه‌صورت دو پیک مجزا ظاهر شد.

در این مطالعه، مکانیزم تشکیل پوشش بورایدی و سینتیک تشکیل آن روی سوپر آلیاژIn–738  به‌روش نفوذی جعبه سمانتاسیون مورد بررسی قرار گرفت. فرایند بوردهی در دمای 900 درجه سانتی­گراد و در زمان‌های مختلف کوتاه (5، 15، 45 و 60 دقیقه) انجام شد. فاز‌شناسی سطح نمونه ­ها به‌کمک الگوی پراش پرتو ایکس (XRD) پس از بوردهی نشان داد علاوه بر فاز Ni₃B ابتدا بورایدهایی مانند Cr₅B₃، AlB₂ و W₂B و سپس در زمان­های بیشتر بوردهی ترکیبات مانند MoB₂، VB، TiB، Ni₆Si₂B وMo₂NiB₂  تشکیل شدند. با بررسی تصاویر میکروسکوپی الکترونی روبشی (SEM) مشخص شد که با افزایش زمان بوردهی علاوه بر افزایش ضخامت پوشش بورایدی، منطقه تحتانی پوشش تحت نفوذ (IDZ) و مهاجرت عناصر آلیاژی رشد کرد. بررسی سینتیک فرایند بوردهی با اصول تئوری نفوذ در انطباق بود و تأیید کرد که مکانیزم نفوذ در منطقه تحتانی پوشش تحت نفوذ در دو بازه زمانی تغییر می­کند. ضخامت پوشش بورایدی و سختی سطح نمونه بوردهی شده پس از 60 دقیقه به‌ترتیب برابر 8/27 میکرومتر و 853 ویکرز بود.

در تحقیق پیش‌رو، سنتز پودر هافنیم دی‌بوراید به‌روش احیای کربوترمال در حالت جامد بررسی شده است. به این منظور، از هافنیم دی‌اکساید، اسید بوریک، کربن اکتیو و یا رزین فنولیک به‌عنوان مواد اولیه واکنش کربوترمال استفاده شد. پس از 4-2 ساعت آسیاکاری مواد اولیه با آسیای ماهواره‌ای در محیط اتانول، مخلوط حاصل با گرما خشک و سپس تحت فشار 30-20 بار قرص‌های فشرده ایجاد شد. در ادامه، قرص‌ها به‌مدت یک ساعت در بوته گرافیتی تحت دمای 1600-1500 درجه سانتی‌گراد در اتمسفر آرگون عملیات حرارتی شد. محصول پودری توسط پراش پرتو ایکس (XRD)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، طیف‌سنجی توزیع انرژی (EDS) و تصویربرداری پراکندگی الکترون بازگشتی (BSE) بررسی شد. دمای عملیات حرارتی، میزان اسید بوریک، زمان عملیات حرارتی و آسیاکاری به‌عنوان چهار عامل اثرگذار بر سنتز و اندازه پودر هافنیم دی‌بوراید شناسایی شد. بر اساس نتایج میکروسکوپی الکترونی روبشی، ریزساختار نامنظم با اندازه ذرات 4-2 میکرومتر برای پودر هافنیم دی‌بوراید مشاهده شد. بهترین نمونه با نسبت مولی هافنیم دی‌اکساید: کربن رزین فنولیک: اسید بوریک معادل 1:5:5 مول در دمای 1600 درجه سانتی‌گراد و پس از یک ساعت عملیات حرارتی، به‌دست آمد. نتایج پراش پرتو ایکس سنتز هافنیم دی‌بوراید خالص با اندازه کریستالیت حدود 60 نانومتر را تأیید کرد.

هدف از انجام این پژوهش، بهبود رفتار فرسایشی آلیاژ اینکونل 625 با لایه‌نشانی روکش کامپوزیتی استلایت 6/ کاربید بور توسط فرایند قوس انتقالی پلاسما بوده است. برای این منظور، از 5 درصد وزنی ذرات کاربید بور در روکش استلایت 6 استفاده شد. بررسی‌های ریزساختاری و فازی به وسیله میکروسکوپ نوری، میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدان (FESEM)، آنالیز عنصری طیف‌سنجی انرژی (EDS) و پراش‌سنجی پرتو ایکس (XRD) انجام شد. تغییرات سختی در طول روکش‌ها با کمک آزمون ریزسختی‌سنجی به‌دست آمد. آزمون فرسایش ذرات جامد با ذرات سیلیکا و در دو زاویه برخورد ˚30 و ˚90 مورد استفاده قرار گرفت. ریزساختار روکش کامپوزیتی شامل محلول جامد کبالت- کروم و کاربیدهای بور، Cr₇C₃ و Cr₂₃C₆ بود و ریزساختار ظریف‌تری نسبت به روکش استلایت 6 داشت. همچنین فاز نواری شکل  Cr₇C₃ در این روکش مشاهده شد که ناشی از تجزیه بخشی از ذرات کاربید بور بود. با افزودن ذرات کاربید بور، افزایش در سختی روکش حاصل شد. روکش حاوی 5 درصد وزنی کاربید بور در زاویه برخورد ˚30، مقاومت فرسایشی بیش‌تری نسبت به زیرلایه و روکش استلایتی خالص نشان داد، به‌طوری که میزان کاهش وزن آن، 20 درصد کاهش وزن در زیرلایه اینکونلی و 33 درصد کاهش وزن در روکش استلایتی بود. اما در زاویه برخورد ˚90، اختلاف چندانی در کاهش وزن روکش‌ها و زیرلایه مشاهده نشد. مکانیزم‌های غالب فرسایش برای روکش کامپوزیتی در زاویه برخورد ˚30، برش و جداسازی ذرات تقویت‌کننده از سطح بودند، درحالی‌ که فرورفتگی و ایجاد حفره مکانیزم‌های اصلی تخریب در زاویه برخورد ˚90 بودند. 

در این پژوهش جهت تشکیل ذرات تقویت‌کننده بوراید تیتانیوم و اکسید آلومینیوم به‌صورت درجا در زمینه آلومینیوم 7075، از افزودن ترکیب پودر آسیاب‌کاری شده %Al-24TiO₂-20B₂O₃ wt درون مذاب آلومینیوم 7075 استفاده شده است. برای یافتن دمای واکنش بین پودرهای آسیاب‌کاری شده آلومینیوم، اکسید تیتانیوم و اکسید بور از آنالیز حرارتی افتراقی (DTA) بهره گرفته شد. نتایج آزمون پراش پرتوی ایکس مخلوط پودری آسیاب‌کاری شده که در کوره اتمسفر آرگون تحت دمای 750 درجه سانتی‌گراد قرار گرفته بود، وجود ترکیبات بوراید تیتانیوم و اکسید آلومینیوم را نشان داد. همچنین نتایج میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) از مخلوط پودری توزیع یکنواختی از ذرات اکسید تیتانیوم و اکسید بور در زمینه آلومینیوم را نشان داد. 6 درصد وزنی از مخلوط پودری آسیاب‌کاری شده تحت اتمسفر محافظ نیتروژن، در دمای 750 درجه سانتی‌گراد به مذاب آلومینیوم 7075 اضافه شد. مذاب کامپوزیت هیبریدی آلومینیوم 7075/ بوراید تیتانیوم- اکسید بور داخل قالب مسی ریخته شد. عملیات اکستروژن گرم بر روی کامپوزیت‌های ریخته‌گری شده به روش ریخته‌گری گردابی، در دمای 465 درجه سانتی‌گراد با نسبت اکستروژن 6:1 و سرعت اکستروژن 5 میلی‌متر بر ثانیه انجام شد. میکرو ساختار و خواص مکانیکی نمونه‌ها مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) نشان داد ذرات درجای بوراید تیتانیوم در ابعاد نانومتری تشکیل شده‌اند. استحکام کششی کامپوزیت اکسترود شده به 496 مگاپاسکال رسید که این مقدار حدوداً 4 برابر بیشتر از استحکام کششی آلیاژ ریخته‌گری شده آلومینیوم 7075 بود.