توليد كامپوزيت TiC در زمينه آلومينايد نيكل بهروش سنتز احتراقي
انفجاري

عليرضا اسمعيلي عليآبادي1، علي سعيدي2
كارشناسي ارشد، دانشگاه آزاد اسلامي واحد اهواز
استاد، دانشگاه صنعتي اصفهان
A_Smaili@gmail.com
تاريخ دريافت:23/1/87 تاريخ پذيرش:1/3/78 چكيده
امكان توليد كامپوزيت TiC-NiAl بهروش سنتز احتراقي (انفجارحرارتي) و با استفاده از پودر آلياژ NiTi2 (كه نسبت به پودرهاي عنصري بسيار ارزان قيمت است) مورد بررسي قرار گرفت. از پراش پرتو X جهت شناسايي فازها و از SEM جهت بررسي ساختار توليد شده استفاده شد. نتايج نشان داد توليد كامپوزيت فوق بـه روش سنتز احتراقي بـا استفـاده از پودر نيكل تيتانيوم بهعنوان منبع Ni و Ti بههمراه پودر Al و C امكانپذير مي باشد. با افزايش ميزان فاز زمينه تا 68% واكنش سنتز احتراقي بهصورت انفجار حرارتي انجام پذير است. با حفظ نسبت 1=NiAl

نتايج XRD نشان مي دهد فاز زمينه تركيب بين فلزي NiAl است. با افزايش ميزان فاز زمينه دماي احتراق كاهش يافته و بررسي هاي ميكروسكوپي نشان مي دهد اندازه ذرات استحكام دهنده (TiC) در كامپوزيت كاهش مي يابد.

واژه هاي كليدي:
Keywords: Investment casting, A356 Aluminum Alloy, Parameters casting, Mechanical Properties .روي، اينديم، شرايط ريخته گري، آند فداشونده، ظرفيت جريان

1- مقدمه
در ميان آلومينايد هاي نيكل تركيب بين فلزي NiAl به دليل خواص فيزيكي و مكانيكي برجسته در سال هاي اخير مورد توجه محققين و مهندسين قرار گرفته است[1].
تركيب آلومينايد نيكل با ساختار كريستالي 2B داراي نظم پردامنه تا حدود (Tm6/0) نقطه ذوب بالا، چگالي كم، مقاومت محيطي خوب، هدايت حرارتي بالا، خواص شبه فلزي، دماي انتقال نرمي به تردي متوسط و هزينه مواد خام كم، قابل مقايسه با سوپر آلياژ هاي پايه نيكلي مي باشد، و بهطور گستردهاي بهعنوان يك ماده اساسي در صنعت هـوا و فضـا و در سـاخت پرههــــاي توربين هاي گازي ب هكار گرفته شدهاست[2 و3]. با اين وجود دو مانع در استفاده اين ماده بهعنوان ماده مهندسي وجود دارد، يكي انعـطـاف پذيـري كـم در دمـاي محيــط و ديگري استحكام و مقاومت خزشي كم در دماهاي بالا است[4]. يكي از روشهاي ممكن براي افزايش سختي و استحكام دما بالاي آلومينايد نيكل استفاده از ذرات سراميكي سخت و ريز در آنها مي باشد.

85344732

جدول(1): مشخصات مواد اوليه مصرفي.
عنصر دانهبندي درصد خلوص
Ti2Ni

Ni

Al

C <150μm <50μm <10 μm
<1 μm >%99
>%98
>%99
>%99

در اين راستا جهت بهبود كاربرد NiAl از فازهاي تقويتكنندة
ذرهاي نظير Y2O3 ،AlN ، Al2O3 ،TiB2 ،TiC استفاده شده است[5]. كاربيد فلزي نوع TiC با مزاياي منحصر به فرد نظير: مقاومت به سايش و سختي بسيار بالا، نقطه ذوب بالا، مقاومت به خوردگي عالي حتي در اسيدهاي غليظ و داغ، چگالي كم، جهت تقويت آلومينايد نيكل مناسب مي باشد[6].
نتايج تحقيقات نشان ميدهد كه استفاده از ذرات TiC در زمينه آلومينايد نيكل، استحكام تسليم كامپوزيت را نسبت به NiAl خـالـص سـه بـرابـر افزايش م ـيدهد. همچنين چقرمگي شكست بهطور قابل ملاحظهاي افزايش مييابد[5].
بدين ترتيب كامپوزيت TiC – NiAl مي تواند با توجه به زمينه سوپر آلياژ و ذرات سخت TiC استفاده هاي صنعتي خوبي در توليد اجزاء ساختاري دما بالا، پوششهاي مقاوم به سايش و خوردگي و بهعنوان آلياژ ساز در صنعت ريخته گري داشته باشد.
در مجموعه تحقيقات انجام شده در راستاي ساخت كامپوزيت كاربيد تيتانيوم در زمينه آلومينايد نيكل از روشهايي مثل سنتز تراكمي، واكنش حالت جامد به وسيلة آلياژسازي مكانيكي، رخنهدهي واكنشي، سنتز دما بالاي خود انتشار و همچنين ليزر با توان بالا استفاده شده است كه در تمامي اين روش ها از تيتانيوم عنصري و يا از ذرات تركيب TiC در مواد اوليه آزمايشات استفاده شدهاست[5 و6].
فرآيند سنتز احتراقي كه براساس خاصيت واكنشهاي گرمازا (ترميت) عمل مـيكند، روش جـديد، اقتصادي و جـالب جهت
Tad KNiAl
شكل(1): تأثير افزايش ميزان فاز زمينه () بر دماي آدياباتيك ()
توليد محدودة وسيعي از مواد نظير سراميكهاي پيشرفته، تركيبات بين فلزي و كامپوزيت ها مي باشد[7]. حالت خاصي از فرآيند سنتز احتراقي، فرآيند انفجار حرارتي است كه در آن تمامي نمونه تا دماي شروع احتراق (Tig) گرم مي شود و لذا واكنش در تمام نمونه در يك لحظه شروع ميشود و در مدت كوتاهي حدود 1 تا 5 ثانيه خاتمه مييابد. با توجه به سرعت زياد انجام واكنش، راندمان توليد در اين روش بالاست و همچنين به دليل بالا بودن دماي جبهه احتراق (Tcom) بسياري از ناخالصي-ها تبخير شده و از محيط خارج ميشوند، لذا محصول نهائي داراي درجه خلوص بالاتري نسبت به روشهاي ديگري است كه در اين راستا ميتواند روش مناسبي جهت توليد اين نوع كامپوزيت مورد استفاده قرار گيرد[8].
در اين تحقيق هدف توليد كامپوزيت TiC – NiAl بهروش سنتز احتراقي انفجاري با استفاده از تركيب Ti2Ni بهعنوان ماده اوليه ارزانقيمت به جاي عناصر Ti و Ni و اثر آن روي محصول نهائي است. همچنين بررسي امكان تغيير در كسر حجمي فاز زمينه و تقويت كننده در توليد كامپوزيت و تأثير اين تغيير بر روي اندازه، نحوه توزيع و مورفولوژي ذرات TiC مي باشد.

جدول (2): مشخصات نمونه ها و خلاصه اي از نتايج.
مورفولوژي
ذرات TiC درصد وزني
TiC فاز فازهاي توليد شده دمايآدياباتيك
Tad(K°) دماي كوره
Tig(K°) درصد
وزني C درصد وزني Al درصد وزنيNi درصد وزني
Ti2Ni كد
نمونه
گوشه دار 58/25 كاربيد تيتانيوم +
آلومينايد نيكل 3132/5 1473 11/6 13/2 0 75/2 A0
گوشه دار 41/09 كاربيد تيتانيوم +
آلومينايد نيكل 2990 1473 8/2 18/4 20 53/0 A1
گوشه دار 32 كاربيد تيتانيوم +
آلومينايد نيكل 2852 1473 6/2 21/3 31/5 41 A2

جدول (3): مشخصات تركيب محصول ، دماي آدياباتيك و آنتالپي واكنش با افزايش ميزان نيكل و آلومنيوم در مواد اوليه مصرفي.
آنتالپي واكنش (ΔH°(Kj/mol دماي آدياباتيك (°K) تركيب محصول ضريب
-406/6 3231/5 TiC-41/75%NiAl x =0
-525 2990 TiC-58/91%NiAl x =1
-643/4 2852 TiC-68%NiAl x =2
-761/8 2759 TiC -74%NiAl x =3
-880/2 2689 TiC-78%NiAl x =4
-998/6 2638 TiC -81%NiAl x =5
-1117/0 2602 TiC-83%NiAl x =6
-1235/4 2566 TiC -85%NiAl x =7
-1353/8 2540 TiC-86%NiAl x =8
-1472/2 2521 TiC -87%NiAl x =9
-1590/6 2504 TiC-88%NiAl x =10
-1709 2486 TiC -90%NiAl x =11

روش تحقيق
مواد اوليه شامل پودر Ti2Ni، نيكل، آلومنيوم و گرافيت از شركت MERCK تهيه شد. مشخصات پودر هاي مصرفي در جدول (1) آورده شده است. جهت انجام هر آزمايش پودر هاي مورد مصرف بدقت توزين شده و بهمنظور ايجاد يك مخلوط پودري همگن، مواد اوليه هر نمونه همراه با چهار ساچمه فولادي بقطر هفت ميليمتر در حضور گاز آرگون به مدت 15 دقيقه توسط آسياب سياره اي مخلوط شدند. سپس هر يك از نمونه ها توسط قالب سمبه و ماتريس، تحت فشار Mpa10، به پلتهاي استوانه اي ب هقطر 10 ميلي متر تبديل شدند. نمونه ها جهت خشك شدن در خشك كن با دماي C°150 به مدت 1 ساعت قرار گرفتند. از كوره لوله اي با اتمسفر آرگون جهت سنتز نمونه ها استفاده شد. دماي شروع واكنش كه بهصورت تجربي C°1200 بهدست آمده بود در نظر گرفته شد و مدت 15 دقيقه بهمنظور كامل شدن واكنش زمان داده شد. جهت شناسايي تركيب فازي محصول آزمايش از دستگاه ريفرآكتومتر اشعه ايكس مدل Philips Expert با پرتو CuKα استفاده شد و از ميكروسكوپ الكتروني SEM براي بررسي ساختار محصول سنتز شده استفاده شد.

نتايج و مباحث
جـهت بـررسي تأثير افزايش ميزان فاز زمينه با حفظ نسبت Ni:Al = 1 بر امكان پذيري واكنشهاي سنتز احتراقي، تركيب و



قیمت: تومان


پاسخ دهید