بررسي تأثير الكتروليت و ولتاژ در ماشين كاري الكتروشيميايي
تركيب بين فلزي Ni- 50%Ti

حميدرضا عسگري بيدهندي
عضو هيأت علمي دانشگاه آزاد اسلامي، واحد دزفول، گروه مواد، دزفول، ايران
[email protected]
(تاريخ دريافت: 06/11/1389، تاريخ پذيرش: 12/02/1390)

چكيده
در اين پژوهش، تأثير ولتاژ اعمالي و الكتروليت در فرآي ند ماشين كاري الكتروشيميايي نايتينول بررسي شده است. بدين منظور، ابتدا پتانسيل
فروپاشي فيلم اكسيدي ((Etranspassive با استفاده از پلاريزاسيون سيكلي تعيين شده و سپس انحلال آندي آلياژ نايتينول (Ni – %50Ti50%) با استفاده از دستگاه پتانسيواستات در سه محلول مختلف با پايه نمك طعام اشباع انجام گرديد. ولتاژ ماش ينكاري از 2 ولت تا حدود 30 ولت (پتانسيل هاي بالاتر از Etranspassive) تغيير داده شده است. پارامترهاي مورد بررسي، سرعت ماشين كاري (چگالي جريان توليد شده)، شاخصه هاي نمودار جريان بر حسب زمان و كيفيت نهايي سطح (صافيسنجي) بوده است. ديده شد كه فرآيند تصميم گيري چند شاخصه ميتواند براي انتخاب يك الكتروليت و ولتاژ مناسب براي ECM استفاده شود. مناسب ترين الكتروليت با توجه به پارامترهاي كمي و كيفي، مربوط به الكتروليت gr/lit NaCl + 2/4 gr/lit NaF300 در حدود 22 تا 26 ولت مي باشد. زبري موجود بر روي سطح ماشينكاري شده تا حدود زيادي مربوط به ريزساختار نايتينول مي باشد.

واژه هاي كليدي:
ماشين كاري الكتروشيميايي (ECM)، انحلال آندي، نايتينول، فرآيند تصميم گيري چند شاخصه .(MADM)

1- مقدمه
آلياژ نايتينول، تركيبي بين فلزي با نسبت هاي اتمي برابر Ni و Ti مي باشد كه البته با توجه به خواص مورد انتظار گاهي عناصر آلياژي ديگري نيز به آن اضافه مي شود [1]. اين آلياژ مدول الاستيك بالايي داشته، بسيار سخت بوده و مقاومت به خوردگي عالي دارد. همچنين خاصيت حافظهداري در اين آلياژ، انعطافپذيري مناسب و مقاومت عالي در برابر خستگي، اين آلياژ را از ساير مواد متماي ز مي سازد [2]. خواص مكانيكي عالي نايتينول- خاصيت سوپر الاستيسيته (50% كرنش الاستيك قبل از
شكست)، كرنش سختي بسيار زياد، چقرمگي بالا و گرانروي- قابلي ت ماش ينكاري را در اين آلياژ بسيار پايين آورده است [3]. براي غلبه بر اين مشكل فرآيندهاي ماشين كاري جديدي مانند ماشين كاري الكتروشيميايي (ECM) و ماشين كاري تخليه الكتريكي (EDM) توسعه ي افتهاند [6- 4].
در فرآيند EDM يك تخليه الكتريكي بين الكترود و قطعه كاري كه در يك ماده ديالكتريك قرار داده شدهاند، برقرار شده، مقادير اندكي از فلز را ذوب كرده، تبخير مي نمايد و توسط سيال ديالكتريك از محل منتقل ميشوند. سرعت ماشين كاري در EDM به دليل ذات فرآيند بسيار پايين بوده و ايجاد كيفيت سطحي مطلوب به همراه دقت بالاي ابعادي در اشكال سه بعدي بر روي آلياژهايي نظير نايتينول بسيار مشكل است. البته مزيت عمده EDM، ماشين كاري سراميك ها است [6]. به دليل قابليت ساخت اشكال پيچيده سه بعدي از مواد سخت، استفاده از فرآيند ماشين كاري الكتروشيميايي (Electro-Chemical Machining: ECM) به طور روزافزوني در صنايع مواد زيستي، هواپيمايي و هوافضا در حال گسترش است [8- 4]. در فرآيند ECM قطعه كار در يك مدار الكتريكي قرار مي گيرد. قطعه كار (آند)، الكترود (كاتد)، اتصال الكتريكي بين آند و كاتد و يك الكتروليت رسانا كه قطعه كار در آن خورده مي شود، اجزاي مختلف مدار ECM هستند. به منظور ماشينكاري قطعه كار و برداشت ماده، از ابزار يا الكترودي كه قبلاً به شكل مناسبي درآمده است، استفاده ميشود. در حين انجام فرآيند، سيال الكتروليت به گپ كوچكي كه بين ابزار و قطعه كار وجود دارد، پمپ ميشود. با عبور جريان الكتريكي از مدار الكتريكي كه در بالا به آن اشاره شد، قطعه كار در محل هاي نزديك به سطح الكترود خورده مي شود. ولتاژ اعمالي در مدار، نوع الكتروليت و pH آن، چگالي جريان، فاصله بين كاتد و قطعه كار، سرعت جريان الكتروليت و دما از اصلي ترين متغيرهاي اين فرآيند به شمار مي روند [2].
به طور كلي الكترولي تهاي ماشين كاري و آبكاري را م يتوان بـهدو دسته الكتروليت هـاي لجـن زا و الكترول يـت هـاي غ يـر لجـن زا تقسيم بنـدي كـرد . الكترول يـت هـاي لجـن زا، محلـول نمـك هـاي مع دني مانن د كلري د س ديم و كلري د پتاس يم م يباش ند. اي ن الكتروليتها توليد هيدروكسيد مينمايند كه حالت لجن داشته و بر روي قطب مثبت مينشينند. يكي از پديدههاي ز يـان بـاري كـهممكن است در الكتروليتهاي لجنزا به وجود آيد، تشكيل لجن كلوئيدي در گپ ماشينكاري ميباشد كـه ممكـن اسـت بـاردارش ده، ب ه س و ي الكتروده ا حرك ت ك رده و از ماش ينك اري جلوگيري نمايد. كلريد سديم از مهمترين الكتروليتهاي لجنزا است كه در بيشتر موارد بكارگيري آن نتـا يج رضـا يت بخشـي بـههمراه دارد. هـدايت الكتري كـي كلريـ د سـد يم در طـول عمل يـ ات تقريباً ثابت باقي ميماند، چرا كه رسانايي الكتريكي آن نسبت به تغييــ رات pH حســ اس نمــ يباشــ د. قابليــ ت كاليبراســ يون الكتروليت هاي نمك طعام به همين دليـ ل بسـ يار مطلـوب بـوده ونسبت به اسيدها و قلياها (الكتروليت هاي غير لجنزا) كه رسانايي الكتريكي آنها نسبت بـه تغييـراتpH حسـاس اسـت، ارجحيـ ت دارد. اسيدها براي ماشينكاري موليبدن و بازها براي ماشينكاري موليبدن و تنگستن به كار مـي رونـد . محلـولهـاي اسـيدي قـوي،مانند اسيد سولفوريك، در بعضي از موارد سطوحي بـا پرداخـتخوب ايجاد ميكنند.
در مورد آلياژهايي چون آهن، نيكل و تيتانيوم سه منطقه فعال خوردگي، پسيو و ترانس پسيو قابل تميز دادن مي باشد. عمليات ماشين كاري الكتروشيميايي با توجه به سرعت ماشي نكاري و يا صافي سطح مطلوب در گستره اي از ولتاژ انجام مي شود كه فلز در منطقه ترانسپسيو براي سرعت بالاتر و يا پسيو براي سطحي صافتر باشد. سرعت هاي بالاي ماشين كاري در منطقه ترانس پسيو قابل دسترسي است. در منطقه فعال، سرعت باربرداري پايين بوده و از طرف ديگر سطح كاملاً ناهموار و زبري اي جاد م يشود.
براي ماشين كاري مواد مختلفي از ECM استفاده شده است.
والتر1 و همكارانش [6] براي ماشي نكاري سرمت هاي زمينه تيتانيومي از الكتروليت نيترات سديم اشباع استفاده كرده است. چگالي هاي جريان بيش از 35 آمپر بر سانتي متر مربع و پتانسي لهاي اعمالي كمتر از 10 ولت بوده اند. با توجه به سراميكي بودن ذرات تقويتكننده، وجود چنين چگالي جريان بالايي مورد نياز م يباشد.
لي2 و همكارانش براي ايجاد شيارهايي در ابعاد ميكرو از دو نوع الكتروليت NaCl و 3NaNO با درصدهاي مختلف استفاده كرده است. به دليل وجود يون -Cl ماشين كاري با نمك NaCl به تنهايي بسيار مشكل بوده و با اضافه كردن نمك هاي ديگر اين مشكل را مرتفع نموده اند. بازده جريان الكتريكي در الكتروليت NaCl نزديك به 100% ميباشد و براي توليدات سري با سرعت بالا مناسب است [7].
در تحقيق پيش رو ماشين كاري الكتروشيميايي نايتينول در محيط نمك طعام اشباع و همچنين مح يطهاي نمك طعام اشباع به همراه جزء دوم رباينده3 كه براي متمركز نمودن دامنه ماشي نكاري اضافه م يشوند، انجام شده است. از الكتروليت هاي دو جزئي براي ميكروماشين كاري الكتروشيميايي كه دقتي در حد چند ميكرون دارد استفاده ميشود [3].
در ابتدا، با توجه به تفاوت هاي ساختاري ماشين كاري در گستره فعال، پسيو و ترانس پسيو فلز، با استفاده از آزمون پلاريزاسيون سيكلي در هر يك از الكترول يتها، محدودههاي خوردگي نايتينول در الكترول يتها به دست مي آيد.
پس از آن، در پتانس يلهاي مختلف، نمودار آمپرومتري نايتينول تهيه شده و با استفاده از خصوصيات اين نمودار، زبري سطح اندازهگيري گرديده روي نمونههاي ماشين كاري شده و چگالي جريان خوردگي، بر اساس فرآيند تصميمگيري چند معياري4، پتانسيل و الكتروليت مناسب براي ECM معرفي مي گردد. در فرآيند تصميم گيري چند معياري، تصميمگيري در مورد وقوع عملي و يا انجام كاري، بر مبناي وزن نسبي هر يك از پارامترها صورت ميگيرد. مراحل فرآيند تصميمگيري چند شاخصه در جدول (1) آورده شده است [9].
روابط و وزن ها با توجه به انتظارات و توقعات از پارامترها تعيين ميشوند و احتمالاً براي هر فردي متمايز از ديگران است. فرآيند تصميم گيري چند شاخصه، داراي روشهاي گوناگوني بوده و حتي ممكن است حل مسئله با هر يك از اين روش ها نيز جوابي منحصر به فرد و متفاوت ارائه دهد؛ بنابراين انتخاب نوع روش حل نيز مهم و حياتي است. در اين پژوهش از روش تصميمگيري چند شاخصه5 استفاده شده است كه براي حل مسائل “انتخاب شرايط خاص” از بين شرايط مختلف و بر مبناي وزن هر يك از پارامترها كار مي كند. البته ارتباط بين پارامترهاي مختلف نيز در نظر گرفته مي شود [9].

2- مواد و روش ها
نمونه هاي نايتينولي مورد استفاده در اين پژوهش داراي تركيب شيميايي Ni – %50Ti50% بودهاند. الكتروليت هاي مورد استفاده در اين تحقيق با توجه به الكتروليت هاي استاندارد براي ماشين كاري الكتروشيميايي آلياژهاي نيكل و آلياژهاي تيتانيوم انتخاب شده [4– 2 و 8] و در جدول (2) ليست شدهاند. در ابتدا نمودارهاي پلاريزاسيون سيكلي نايتينول با استفاده از دستگاه AutoLab PGSTAT30 در هر يك از الكتروليت ها به دست آمد. پتانسيل نمونه ها از مقادير منفي تا مثبت 9 ولت و با نرخ 01/0 ولت بر ثانيه تغيير داده شده و جريان خوردگي نمونه ها توسط دستگاه ثبت گرديد. هدف از اين كار تعيين حدود پتانسيل فروپاشي فيلم اكسيدي بر روي سطح نايتينول و خورندگي الكتروليت هاي مختلف بوده است.
سپس ماشين كاري الكتروشيميايي در هر يك از الكتروليت هـا بـااستفاده از يـ ك دسـتگاه پـوليش STRUERS LectroPol-5 كـهقابليت رسم نمودار چگالي جريان نسبت به زمان (آمپرومتري) را دارد، انجام شد. پتانسيل اعمالي از 3 ولت تا 40 ولـت تغ ييـ ر داده شد. كاتد از جنس فولاد زنـگ نـزن و مسـاحت آن 6 سـانتي متـرمربع بود كه در مقايسه با مساحت قطعات نايتينولي 5/0 سانتي متر مربع بزرگ مي باشد. فاصله آنـد تـا كاتـد در تمـام آزمايشـات 1 س انتي مت ر ثاب ت نگ ه داش ته ش ده اس ت. از روي ش كل نم ودار آمپرومت ري م ي ت وان در م ورد س رعت ب اربردار ي و همچن ين كيفيت سطحي اظهار نظر كرد. معيار زبـر ي سـطح متوسـط – Ra نيز در سه جهت مختلف روي نمونه اندازه گيري شـد ه و متوسـطآنها اعلام شد. در نهايت براي هر يك از پارامترهاي اندازهگيري شده (شامل سرعت باربرداري، يكنواختي باربرداري، زبري سطح و وج ود حف ره) مط ابق فرآين د تص ميمگي ري چنـد شاخص ه، رابطه اي لحاظ شده و با توجه به اهميـ ت آن پـارامتر در ك يفيـ ت، ضريبي نيز در نظر گرفته شد. با توجـه بـه نمـره نهـايي، مـي تـوان

جدول (1): مراحل فرآيند تصميمگيري چند شاخصه [9].
-33527-28720

الف- شناسايي و ارزيابي
شناسايي شركتكنندگان و تصميمگيرندگان
شناسايي گزينههاي موجود
شناسايي شاخصها و پارامترها
انتخاب يك روش از روشهايMADM
ارزيابي گزينه ها توسط تصميمگيرندگان ب– وزندهي به پارامترها و شاخصها
برقراري ارتباط مستقيم بين شاخص ها و نتيجه با استفاده از روابط رياضيكه شاخص ها را قبل از وزندهي همتراز مينمايند.
وزندهي به شاخص ها با استفاده از اطلاعات عيني و اهميت آنها در ذهنتصميمگيرنده
ج- انتخاب گزينه مؤثر با استفاده از روش انتخاب شده د- آناليز حساسيت
3131104211966

ه- انتخاب گزينه نهايي

رديف الكتروليت
1 300 gr/lit NaCl + 2/4 gr/lit NaF
2 300 gr/lit NaCl
3 300 gr/lit NaCl + 3/3 gr/lit Na2CO3
.جدول (2): الكتروليت هاي ماشين كاري الكتروشيميايي نايتينول

الكتروليتي را از بين الكتروليت هاي مورد بررسي انتخاب نمود.

نتايج و بحث
نمودارهاي پلاريزاسيون سيكلي مربوط به نايتينول در هر يك از الكتروليت ها در شكل هاي (1)، (2) و (3) آمده است. همانگونه كه مشاهده مي شود، نايتينول در هر سه الكتروليت مورد بحث دچار فروپاشي لايه اكسيدي محافظ6 مي گردد؛ پس سه ناحيه فعال خوردگي، پسيو و ترانس پسيو در هر سه الكتروليت قابل ايجاد بوده و مي توان ماشين كاري را در هر يك از اين نواحي انجام داد. داده هاي استخراج شده از نمودارهاي پلاريزاسيون

Film Breakdown

Film Breakdown

شكل (1): نمودار پلاريزاسيون سيكلي نايتينول در محلول آبي gr/Lit NaCl300، (نمودار رفت، شاخه پاييني است).

Film Breakdown

Film Breakdown

شكل (2): نمودار پلاريزاسيون سيكلي نايتينول در محلول آبي 3 gr/lit NaCl + 3/3 gr/lit Na2CO300، (نمودار رفت، شاخه پاييني است).

Film Breakdown

Film Breakdown

شكل (3): نمودار پلاريزاسيون سيكلي نايتينول در محلول آبي
.(نمودار رفت، شاخه پاييني است) ،300 gr/Lit NaCl + 2/4 gr/Lit NaF
سيكلي در جدول (3) آورده شده است. نايتينول در هر سه

الكتروليت icorr (A/cm2) Ecorr (mV) Epassivation (mV) Etranspassive (mV)
300 gr/lit NaCl + 2/4 gr/lit NaF
300 gr/lit NaCl
300 gr/lit NaCl + 3/3 gr/lit Na2CO3 2/15 × 10-6
2/00 × 10-6 3/26 × 10-7 -378
-1360
-852 1051
-254
753 1369 446
1329
13716001341853

.جدول (3): اطلاعات ب ه دست آمده از منحني هاي پلاريزاسيون نايتينول در الكتروليت هاي نمكي

شكل (4): نمودار مربوط به ماشين كاري الكتروشيميايي يكي از نمونه ها در الكتروليت نمك طعام اشباع در ولتاژ 6 ولت.

الكتروليت در ولتاژهاي بالاتر از 2 ولت در منطقه ترانس پسيو مي باشد. بنابر اين همه تست هاي ECM در ولتاژهاي بيشتر از 2 ولت انجام م يگيرد كه سرعت باربرداري بالا باشد.
يك نمونه از نمودار آمپرومتري حاصل از ماشي نكاري الكتروشيميايي در شكل (4) نشان داده شده است. نتايج حاصل از ECM نايتينول در الكتروليت هاي مختلف (كه هر يك نموداري شبيه به نمودار شكل (4) داشته اند) به همراه نمرات هر يك از پارامترهاي مؤثر در تعيين كيفيت در جداول (4) تا (6) آورده شده است. در مورد نمرهدهي به نمودارهاي آمپرومتري بايد به نكات زير توجه شود:
– وجود نوسان در منحني به معناي ناپايداري باربرداري در پتانسيل تست و محلول مورد نظر مي باشد. در اين صورت در حين تست، لا يههاي پسيو بر روي فلز ايجاد شده و اين لايه دچار فروپاشي شده و سپس دوباره تشكيل م يگردد.
– شيب مثبت در نمودار، نشاندهنده افزايش سرعت باربرداري با گذشت زمان است. در اين حالت، كاليبره كردن مقدار باربرداري با زمان مشكل خواهد بود.
– شيب منفي در نمودار، نشاندهنده كاهش سرعت ماشين كاري با گذشت زمان است. در اين حالت، كال يبرهكردن باربرداري با زمان مشكل مي باشد. به علاوه اينكه با گذشت زمان ضخامت لايه اكسيدي افزايش يافته و به احتمال قوي، اين لايه پس از ضخيم شدن يا از خوردگي بيشتر جلوگيري كرده و يا دچار فروپاشي و توليد پيك در نمودار مي كند.
– وجود پيك در نمودار به معني افزايش ناگهاني مقدار ماده برداشته شده و ايجاد حفره بر روي سطح است. با پسيو شدن حفره، پيك خاتمه م ييابد.
– ثابت بودن تغييرات چگالي جري ان آندي با زمان (عدم وجود نوسان در نمودار)، حالتي بهينه براي ماشين كاري الكتروشيميايي است. در اين حالت به سادگي ميتوان از روي زمان ماشي نكاري، نرخ باربرداري را محاسبه كرد. همچنين، در اين صورت سطحي صاف تولي د م يشود.

چگالي جريان آندي، براي سرعت بخشيدن به فرآيند ECM اهميت زيادي دارد، از اين رو با توجه به نمرات ساير پارامترها، براي چگالي جريان 6 آمپر بر سانتيمتر مربع، نمره 20 در نظر گرفته شده است. چگالي جريان هاي بيشتر از 5/4 آمپر بر سانتي متر مربع نيز باي د نمره اي بالا داشته باشند، از اين رو فرمول تعديل شده نمره براي چگالي جريان به صورت (1) در نظر گرفته شدهاست كه در آنi چگالي جريان آندي بوده و براي چگالي جريان 2Mark (i) = 20 ،6 A/cm مي باشد.
Mark (i) = 8.165 × √ i
زبري سطح در ماش ينكاري مطلوب نبوده و به همين جهت بايد عكس آن براي نمره دهي به كار رود. از آنجا كه تفاوت نمرات مستقيم زبري سطح با يكديگر كم مي باشد از فرمول تعديل شده
براي زبري سطح استفاده شدهاست.
(

4): اطلاعات مربوط به ولتاژهاي مختلف اعمال شده بر روي نايتينول در الكتروليت gr/lit NaCl300.
ولتاژ 3 6 9 12 15 18 20 22 24 26
چگالي جريان واقعي (صفر تا 6 آمپر) 0/01 0/4 1/2 2 2/87 3/82 4/5 5/27 6/08 5/91
چگالي جريان تعديل شده (نمره از 20) 0/82 5/16 8/94 11/55 13/83 15/96 17/32 18/74 20/13 19/85
وجود نوسانات (نمره از 6) 5 5 5 5 5 6 6 6 6 6
وجود پيك (نمره از 6) 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6
عدم وجود شيب در يك دقيقه (نمره از 8) 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7
زبري سطح تعديل شده با رابطه ( Ra / 25/6) 2/29 2/33 2/29 2/29 2/51 2/78 3/17 3/47 3/93 4/37
جمع امتياز – كيفيت مقايسه اي 21/1 25/5 29/2 31/8 34/3 37/7 39/5 41/2 43/1 43/2

جدول (5): اطلاعات مربوط به ولتاژهاي مختلف اعمال شده بر روي نايتينول در الكتروليت gr/lit NaCl + 2/4 gr/lit NaF300.
ولتاژ 3 6 9 12 14 16 18 20 22 24 26
چگالي جريان (صفر تا 6 آمپر) 0/05 0/38 1/17 1/99 2/53 3/3 3/93 4/5 5/3 6/07 6/05
چگالي جريان تعديل شده (نمره از 20) 1/83 5/03 8/83 11/52 12/99 14/83 16/19 17/32 18/80 20/12 20/08
وجود نوسانات (نمره از 6) 6 5/5 5/5 5/5 5/5 6 5 5 5 5/5 5/5
وجود پيك (نمره از 6) 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6
عدم وجود شيب در يك دقيقه (نمره از 8) 7//5 7/5 8 8 8 7/5 8 7/5 7/5 8 8
زبري سطح تعديل شده با رابطه ( Ra / 25/6) 0/83 0/83 0/83 0/83 0/83 3/13 6/25 8/96 11/04 12/71 15/00
جمع امتياز – كيفيت مقايسهاي 22/2 24/9 29/2 31/9 33/3 37/5 41/4 44/8 48/3 52/3 54/6
(2) Mark (Ra) = 6.25 / Raبالاترين نمره براي صافي سطح (عكس زبري)، 15 در نظر گرفته شده است.
همانگونه كه در جداول (4) تا (6) مشاهده مي شود، مطابق يك قاعده كلي هر چه ولتاژ اعمالي در الكتروليت مشخصي بيشتر شود، كيفيت كلي ECM بالاتر خواهد بود. در مورد الكتروليت 3gr/lit NaCl + 3/3 gr/lit Na2CO 300 در ولتاژهاي بالاتر از 24 ولت، كيفيت ECM در مقايسه با ماشين كاري در ساير الكتروليت ها افت مي نمايد. اين امر كه از نوسانات زياد در نمودارهاي آمپرومتري ناشي شده است، ممكن است به دليل ريزساختار ناهمگن نايتينول باشد.
در واقع در گسترهاي از ولتاژ، يكي از فازهاي موجود در ريزساختار پسيو م يشود. با گذشت زمان و باربرداري از نواحي مجاور اين قسمت از فلز جدا شده و جريان به دليل در معرض قرار گرفتن قسمت هاي زيرين افزايش مي يابد. دياگرام فازي نيكل- تيتانيوم در شكل (5) آمده است [10].
با استفاده از دياگرام فازي شكل (5) مشاهده ميگردد كه در حين سرد شدن مذاب اين تركيب، ابتدا تركيب بين فلزي TiNi از مذاب جدا شده، پس از آن تركيب Ti2Ni و سپس تيتانيوم فلزي (فاز β) منجمد مي گردد. با كم شدن درجه حرارت تا دماهاي حدود 800 و همچنين حدود 600 درجه سانتيگراد، به ترتيب، تيتانيوم فاز β و TiNi تجزيه شده و در نهايت ساختار شامل
جدول (6): اطلاعات مربوط به ولتاژهاي مختلف اعمال شده بر روي نايتينول در الكتروليت 3 gr/lit NaCl + 3/3 gr/lit Na2CO300.
ولتاژ 3 6 9 12 14 18 20 22 24 26 28 30
چگالي جريان (صفر تا 6 آمپر) 0/01 0/3 1/04 1/8 2/36 3/6 4/17 4/57 5/42 5/76 5/25 6/11
چگالي جريان تعديل شده
(نمره از 20) 0/82 4/47 8/33 10/95 12/54 15/49 16/67 17/45 19/01 19/60 18/71 20/18
وجود نوسانات (نمره از 6) 6 4/5 5/5 5 5 5/5 5/5 5 4 3/5 2 3
وجود پيك (نمره از 6) 6 6 6 6 6 6 6 6 5 4/5 3 4
عدم وجود شيب در يك دقيقه (نمره از 8) 8 6 7/5 7/5 7 7/5 6 6 6 6 7/5 7/5
زبري سطح تعديل شده با رابطه ( Ra / 25/6) 1/66 1/67 1/65 1/67 1/68 2/08 2/10 2/10 2/28 2/31 2/52 1/25
جمع امتياز – كيفيت مقايسه اي 22/5 22/6 29/0 31/1 32/2 36/6 36/3 36/6 36/3 35/9 33/7 35/9

شكل (5): دياگرام فازي نيكل– تيتانيوم [10].
فازهاي تيتانيوم Ti2Ni ،α و 3TiNi خواهد بود. ريزساختار به دست آمده از ميكروسكوپ SEM (شكل 6- الف و ب) نيز ساختاري متشكل از سه فاز را نشان م يدهد. يك فاز زمينه پيوسته، يك فاز تيغه اي و يك فاز كه به صورت ذراتي در زمينه پيوسته وجود دارد.
آناليزهاي EDS از نقاط 4-2 و 4-3 شكل (6 – ب) در جدول (7– الف و ب) آورده شده است. با توجه به آناليزهاي EDS

الف
ب

الف

ب

شـــكل (6): تصـــوير از ســـطح نـــايتينول پـــس از ماشـــين كـــاري، (الــ ف) ريزســ اختار چنــ د فــ ازي، (ب) بزرگنمــ ايي بيشــ تر از همــ ان تصوير (نقاط نشان داده شده در شكل، آناليز EDS شده اند).
SEM

احتمالاً فاز زمينه پيوسته، غني از نيكل (3(TiNi است. نيكل در ساختار آلياژ نيكل- تيتانيوم به صورت ترجيحي خورده مي شود و ساختار باقيمانده اكسيد تيتانيوم مي باشد [1]. فاز تيغهاي شكل احتمالاً تيتانيوم فاز α و فاز ذره اي، Ti2Ni است. تيتانيوم فاز α در ولتاژهاي بيشتر از 100 ولت دچار فروپاشي لايه اكسيدي مي شود [11].
همانگونه كه در آناليزها مشاهده ميشود، درصد كربن زيادي روي سطح وجود دارد كه وجود اين كربن بر روي سطح، پسيو

جدول (7): الف) آناليز EDS از نقطه 4-2 و ب) آناليز EDS از نقطه 3-4.
(الف) آناليز طيف از نقطه 4-2 عنصر سري unn. Cwt % norm. Cwt % Atom. C atom %
كربن
تيتانيوم نيكل 28/7 69/6سري K
05/54 70/49سري K
67/38 55/35سري K
Total: %91/9
(ب) آناليز طيف از نقطه 4-3 25/31
47/16
27/52
عنصر سري unn. Cwt % norm. Cwt % Atom. C atom %
كربن
تيتانيوم نيكل 29/4 16/4 سري K 46/48 99/46 سري K
24/47 80/45سري K
Total: %97/0 16/44
46/54
37/01

شدن را ايجاد مي كند. كربن فقط در الكتروليت 3gr/lit NaCl + 3/3 gr/lit Na2CO 300 وجود دارد و اين مشكل در دو الكتروليت ديگر به وجود نمي آيد. بهترين كيفيت سطحي و نرخ باربرداري در الكتروليت NaCl + 2/4 gr/lit NaF gr/lit 300 و ولتاژهاي 24 و 26 ولت به دست مي آيد. در الكتروليت gr/lit NaCl 300، تغييرات كيفيت بر حسب ولتاژ خطي بوده و با افزايش ولتاژ، چگالي جريان و همچنين شاخصههاي كيفيت بهبود مي يابند. در الكتروليت gr/lit NaCl + 2/4 gr/lit NaF 300 نيز همين شرايط برقرار است. همچنين به دليل وجود يون فلوئور در الكتروليت، كيفيت سطحي ماشي نكاري بهبود قابل توجهي مي يابد [12].

نتيجه گيري
با توجه به آزمايشات انجام شده، مشاهده شد كه تركيب بين فلزي نايتينول در الكتروليت نمك طعام اشباع و الكتروليت هاي دو جزئي كه جزء اصلي آنها نمك طعام اشباع مي باشد، در ولتاژهاي بيش از 2 ولت دچار فروپاشي فيلم اكسيدي مي شوند؛ به همين دليل براي ماشين كاري الكتروشيميايي نايتي نول مي توان از اين نمك ها استفاده كرد.
فرآيند تصميم گيري چند شاخصه مي تواند براي انتخاب يك الكتروليت و ولتاژ مناسب براي ECM استفاده شود. با استفاده از اين روش، الكتروليت gr/lit NaCl + 2/4 gr/lit NaF 300 و ولتاژ 24 ولت و 26 ولت، مناسب ترين شرايط از بين شرايط آزمايش شده بوده اند. در اين الكتروليت، صافي سطح خوبي به دست آمده و سرعت ماشين كاري نيز مناسب مي باشد. زبري سطح اي جاد گرديده بر روي سطح ECM شده، تا حدودي ناشي از زيرساختار نايتينول و چند فازي بودن آن است. تصاوير SEM سطح تطابق خوبي با ريزساختار مورد انتظار از نايتينول دارند. همچنين نوسانات چگالي جريان آندي نايتينول در الكتروليت 3gr/lit NaCl + 3/3 gr/lit Na2CO 300 به واسطه پسيو و كنده شدن ي ا پسيو و ترانس پسيو شدن فاز تيتانيوم α و يا
.است Ti2Ni

مراجع
W. Simka, M. Kaczmarek, A. Baron-Wiechec, G. Nawrat, J. Marciniak and J. Zak, “Electropolishing and Passivation of NiTi Shape Memory Alloy”, Electrochimica Acta, Vol. 55, pp. 2437-2441, 2010.
M. Wei-Dong, M. Xu-Jun, W. Xin-Lu and L. Hua-Chu, “Electropolishing Parameters of NiTi Alloy”, Trans.
Nonferrous Met. Soc. China, Vol. 16, pp. s130-sl32, 2006.

X. Z. Ma, L. Zhang, G. H. Cao, Y. Lin and J. Tang,
“Electrochemical Micromachining of Nitinol by ConfinedEtchant-Layer Technique”, Electrochimica Acta, Vol. 52, pp. 4191-4196, 2007.
A. Hascalık and U. Caydas, “A Comparative Study of Surface Integrity of Ti-6Al-4V Alloy Machined by EDM and AECG”, Journal of Materials Processing Technology, Vol. 190, pp. 173-180, 2007.
D. E. Collett, R. C. Hewson-Browne and D. W. Windle, “A Complex Variable Approach to Electrochemical Machining Problems”, Journal of Engineering
Mathematics, Vol. 4, pp. 29-37, 1970.

B. Walther, J. Schilm, A. Michaelis and M. M. Lohrengel, “Electrochemical Dissolution of Hard Metal Alloys”, Electrochimica Acta, Vol. 72, pp. 7732-7737, 2007.

E. S. Lee, J. W. Park and Y. H. Moon, “A Study on Electrochemical Micromachining for Fabrication of Microgrooves in an Air-Lubricated Hydrodynamic Bearing”, Int. J. Adv. Manuf. Technol., Vol. 20, pp.
720-726, 2002.

C. L. Chu, R. M. Wang, T. Hu, L. H. Yin, Y. P. Pu, P. H. Lin, S. L. Wu, C. Y. Chung, K. W. K. Yeung and P. K. Chu, “Surface Structure and Biomedical Properties of
Chemically Polished and Electropolished NiTi Shape Memory Alloys”, Materials Science and Engineering C, Vol. 28, pp. 1430-1434, 2008.

ر. جاويدي صباغيان، م. ب. شريفي و ح. رجبي مشهدي، “مقايسه دو روش تعيين وزن شاخصها در تصمي مگيري چنـد شاخصـه در اولويتبندي و انتخاب ساختگاه مناسب سد”، پنجمين كنگره ملي مهندسي عمران، دانشگاه فردوسي مشهد، مشهد، ايـ ران، 14 تـا 16 ارديبهشت 1389.

H. Baker, ASM Handbook Volume 3 Alloy Phase
Diagrams, p. 2-319, ASM International, 1992.

H. R. A. Bidhendi, M. J. Hadianfard and S. M. M. Hadavi, “Corrosion Study of Different Metallic Biomaterials in Hank’s Solution”, Proceedings of the First International Congress of Iranian Corrosion, Iran, May 2007.

J. Fay Wilson, Practice & Theory of Electrochemical Machining, p. 132, R. E. Kreiger Pub., 1982.
6- پينوشت
Walther
Lee
Scavenger
Multi Criteria Decision Making
Multi Attribute Decision Making
Protective Layer Breakdown



قیمت: تومان


دیدگاهتان را بنویسید