توليد كامپوزيتهاي آلومينايد تيتانيوم تقويت شده با 3Al2O و
Al2O3/Ti2AlC به وسيله سنتز انفجاري

ابوالفضل اميركاوئي1* و عليرضا گلعذار2
مدرس، دانشگاه آزاد اسلامي، واحد نجف آباد، دانشكده مهندسي مواد، اصفهان، ايران
مربي، دانشگاه آزاد اسلامي، واحد شهر مجلسي، گروه مهندسي مواد، اصفهان، ايران
*[email protected]
(تاريخ دريافت: 23/10/1389، تاريخ پذيرش: 22/01/1390)

چكيده
در اين تحقيق توليد كامپوزيت هاي 3TiAl -Al2O و TiAl -Al2O3 -Ti2AlC به روش سنتز انفجاري مورد مطالعه قرار گرفت. اين كامپوزيت ها به طور موفقيت آميزي با استفاده از پودرهاي اوليه 2Al ،TiO و C سنتز شدند. براي مشخصهيابي محصول كامپوزيتي توليد شده از آناليز تفرق اشعه ايكس (XRD) و جهت بررسي ريزساختار و تأييد فازهاي تشكيل شده از ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) مجهز به آناليز EDS استفاده گرديد. نتايج نشان داد كه واكنش ترميتي 2TiO با Al باعث توليد درجاي كامپوزيت 3TiAl -Al2O مي شود. با افزودن كربن به مخلوط ترميتي، امكان توليد مستقيم Ti2AlC بدون تشكيل محصولاتي نظير TiC حاصل مي شود. به دليل وجود مقدار كم كربن در مخلوط ترميت، Ti2AlC از TiAl مذاب در مجاورت ذرات كربن رسوب مي كند. تصاوير SEM نشان داد كه كامپوزيت 3TiAl -Al2O داراي ذرات 3Al2O يكنواخت و كوچكتر از μm 1 در زمينه آلومينايد تيتانيوم ميباشد و در مورد كامپوزيت TiAl -Al2O3 – Ti2AlC يك ريز ساختار ورقه اي با دانه هاي كشيده حاصل مي شود.

واژه هاي كليدي:
سنتز احتراقي، كامپوزيت 3TiAl -Al2O، كامپوزيت TiAl -Al2O3 -Ti2AlC، ريزساختار.

مقدمه
كامپوزيت هـاي بـر پايـه آلومينايـد تيتـانيومTiAl از جملـه مـوادمهندسي مناسب بـراي كاربردهـاي دمـا بـالا مـي باشـند. بـه دليـلخواصي نظير چگالي كم، مقاومت به اكسيداسـيون و خـوردگي، كامپوزيت هايي نظير 3TiAl -Al2O مورد توجـه صـنايع مختلـفقرار گرفته اند. آلومينايد تيتانيوم TiAl چگالي پايين (3 g/cm8/3) و نقطه ذوب بالا (در حدود K 1773) دارد. همچنين كاربيدهايي نظيــر 2Ti3AlC و Ti2AlC بــه دليــل تركيــب خــواص فلــزي وس راميكي و ارائ ه خواص ي نظي ر ه دايت حرارت ي و الكتريك ي خوب، مقاومت به شـوك حرارتـي، اسـتحكام خمشـي مناسـب،پاي داري حرارت ي و مقاوم ت ب ه اكسيداس يون در دم اي ب الا از جايگاه خـوبي در مـواد مهندسـي برخوردارنـد. از طرفـي 3Al2O يكي از تقويتكننده هاي سراميكي در كامپوزيت هـاي مهندسـياست كه رفتار ترمومكانيكي خوبي از خود نشان مي دهد.
اخيراً توليـد كامپوزيـت هـاي مختلفـي از جملـه 3TiAl -Ti5Si و Al2O3 -Ti2AlC به وسيله يه1 و همكـارانش مـورد بررسـي قـرارگرفته است [3-1]. سنتز 5Al2O3/TiAl/Nb2O با استفاده از پرس داغ نيز در مراجع گزارش شده است [4]. سـنتز احتراقـي يكـي ازروشهاي مورد توجه براي توليـد كامپوزيـت هـاي از ايـن دسـتهبـوده اس ت [8- 5]. بـا اي ن وجـود ب راي توليـد قطع ات بال ك وبررســي خــواص مكــانيكي، برخــي از محققــان از روش ســنتزواكنشي به كمك پرس داغ2 استفاده كردند [5 و 9]. آلياژسـازيمكانيكي انيز يكي از روش هـاي توليـد پودرهـاي نانوكامپوزيـت3TiAl/α-Al2O [10] و 2Ti3AlC [11] بوده است. در ايــــ ن تحقيــــ ـق، كامپوزيــــ ـتهــــ اي 3TiAl -Al2O و TiAl -Al2O3 -Ti2AlC ب ه روش س نتز انفج اري تولي د ش دند. مكانيزم تشكيل كامپوزيـت هـا بـه كمـك آنـاليزSEM ،XRD و EDX مورد مطالعه قرار گرفت.

مواد و روش تحقيق
در اي ن پ ژوهش از پودره اي تج اري 2TiO (خل وص 99/99%، Al ،(5 μm (خلـوص 9/99%، μm 45) و كـربن 3 ( خلـوص 99%، μm 10) براي توليد كامپوزيت هاي ذكـر شـده اسـتفاده گرديـد.
مخلوط هاي پودري بر طبق واكنش هاي زير مخلوط شدند:
3TiO2 + 7Al → 3TiAl + 2Al2O3
(33TiO2 + 6Al + C → (2TiAl + TiC + 2Al2O (3Or (TiAl + Ti2AlC + 2Al2Oبا توجه به واكنش مقداري از كربن بـا اكسـيژن بـه دام افتـاده درتخلخل نمونه و يا محيط، كربن نمونه به ميزان 10% وزني بيشتر از مقدار استوكيومتري در نظر گرفته شـد . مخلـوط پـودري پـس ازتوزين در يك آسياب گلوله اي سياره اي به مدت 5 دقيقـه تحـتاتمسفر آرگون مخلوط گرديد. براي بهبود تراكم پذيري، پودرها با اتانول مخلوط و سپس تحت فشار 2 kg/cm200 بـه نمونـههـاياستوانه اي به قطر mm15 و ارتفـاع mm 30، پـرس سـرد شـدند.
پس از خشك كردن، نمونه در يك كروزه قرار گرفـت و بـرايحفاظ ت در براب ر اتمس فر ب ا پ ودر آلومين ا پوش انده ش د. ب راي مشاهدات عيني و همچنين انـدازه گيـري دمـا، چنـد نمونـه بـدونمحافظت در اتمسفر كوره قرار داده شد. براي انجام آزمايش نيـز از يك كوره موفلي استفاده گرديد. اندازه گيري دما حـين انجـامواكـــ نش بـــ ه كمـــ ك سنســـ ورهاي دمـــ ا بـــ الا مـــ دل SensyTempTSH200 متصل به كامپيوتر صورت پذيرفت. پس از توليـد كامپوزيـت هـا، ريزس اختار و تركيـب فـازي بـه كم كXRD و SEM مجهز به آناليز EDX مشخصه يابي گرديد.

نتايج و بحث
3-1- توليد كامپوزيت 3TiAl -Al2O س نتز احتراق ي نمون ه تهي ه ش ده طب ق واك نش (1) ب راي تولي د كامپوزيت 3TiAl -Al2O صـورت گرفـت. واكـنش (1) گرمـازابوده و دماي آدياباتيك حدود 1500 درجه سـانتي گـراد حاصـلمي كند. هنگامي كه نمونه TiO2 + 7Al3 در يك كوره پيش گرم شده قرار گيـرد، دمـاي آدياباتيـك خيلـي بيشـتر از 1500 درجـهسانتيگراد خواهد بـود . دمـاي احتـراق انـدازه گيـري شـده بـراينمونــه قــرار داده شــده در يــك كــوره بــا دمــاي 900 درجــه سانتيگراد، در حدود 1890 درجـه سـانتيگـراد بـود . شـكل (1) مقايسه بين منحني تغيير دما براي مطالعه حاضر و نتايج كار قبلـي[8] را نشان ميدهد. همانطور كه مشاهده مي شود روند تغيير دمـاتقريباً مشابه بوده ولي براي دماي 900 درجـه سـانتيگـراد مـورداستفاده در مطالعه حاضر، زمان تكميل واكنش كمتر از دو دقيقـهاست. هورويتز4 و همكارانش [8] گـزارش كردنـد كـه تـأخير درانفجارحرارتي مربوط به تشـكيل لايـه 3Al2O بـر روي پودرهـايآلومينيوم اوليه حين آسياب كاري است. اين لايه بـه عنـوان يـكمانع عمل كرده و واكنش را به تأخير مي اندازد. در مقايسه با كار حاضر در اين تحقيـق مخلـوط پـودري تحـت اتمسـفر آرگـون وبراي زمان كمتري (5 دقيقه در مقايسه با 4 سـاعت ) آسـياب شـدكه اين باعث كاهش تشكيل لايه اكسـيدي مـي گـردد . همچنـيندماي كوره در حدود 100 درجه سانتيگراد بالاتر انتخـاب شـدهكه اين نيز باعث تسريع واكنش ترميتي مي گردد.

High Temperature Sensors SensyTemp TSH200
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
0
2
4
6
8
10
Time, min
Temperatuer,
C
Horvitz et al.
current study
T furnace=800°C
T furnace=900°C

High Temperature Sensors SensyTemp TSH200

0

200

400

600

800

1000

1200



قیمت: تومان


دیدگاهتان را بنویسید