شماره راهنما :
1472 دكتري
پديد آورنده :
سوراني، فرشته
عنوان :
ساخت و ارزيابي خواص مكانيكي و رفتار سايشي نانوكامپوزيت
(Fe,Cr)Al-Al2O3) و بررسي تاثير اصلاح سطح با عمليات كاشت يوني
گرايش تحصيلي :
مهندسي مواد
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
نه،139ص.: مصور، جدول، نمودار
استاد راهنما :
محمدحسين عنايتي
توصيفگر ها :
آلومينايد آهن , نانوكامپوزيت , پرس داغ , نانوفرورونده , تافنس شكست , مقاومت به اكسايش , مقاومت به سايش , كاشت يوني
استاد داور :
علي صدوق ونيني، فخرالدين اشرفي زاده، مرتضي شمعانيان
تاريخ ورود اطلاعات :
1398/07/30
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1398/07/30
چكيده فارسي :
1 چكيده هدف از پژوهش حاضر توسعه تركيبات بين فلزي بر پايه FeAl ميباشد بهطوريكه منجر به بهبود تافنس شكست مقاومت به سايش و اكسايش آن گردد در مرحله اول سنتز پودر تركيبات بين فلزي Fe Cr Al FeAl و نانوكامپوزيت 3 Fe Cr Al Al2O با روش آلياژسازي مكانيكي انجام شد بدين منظور پودرهاي آهن آلومينيوم كروم اكسيدآهن و اكسيد كروم با تركيبات استوكيومتري به منظور توليد پودرهاي Fe Cr Al FeAl و 3 Fe Cr Al Al2O به وسيله آلياژسازي مكانيكي مخلوط شدند در ابتدا نحوه تشكيل تركيب بين فلزي FeAl با آلياژسازي مكانيكي مخلوط پودري 05 Fe50Al بررسي شد نتايج حاكي از اين است كه اين تركيب در زمان 03 ساعت تشكيل شده و با افزايش زمان آسيابكاري تا 001ساعت اندازه دانههايي در حدود 60 nm به دست ميآيد در مرحله بعد تركيب بين فلزي Fe Cr Al با تركيب استوكيومتري 05 Fe40Cr10Al پس از 001 ساعت و با اندازه دانهها به حدود 03 نانومتر سنتز شد در مرحله سوم تشكيل نانوكامپوزيت با زمينه تركيب فلزي Fe Cr Al حاوي فاز تقويت كننده 3 Al2O انجام شد به اين منظور از دو مسير مختلف يعني احياي كرميت 3 Cr2O و هماتيت 3 Fe2O استفاده شد در حين آلياژسازي مكانيكي مخلوط پودري 3 Fe Al Cr2O آلومينيوم و اكسيد كروم واكنش نداده و فاز آلومينا تشكيل نميشود لذا از روش احياي هماتيت استفاده شد در سيستم 3 Cr Al Fe2O گرماي ناشي از واكنش بالفاصله پس از وقوع واكنش منجر به شكل گيري فاز Fe Cr Al با اندازه دانه 20nm و ذرات كريستالي 3 Al2O با اندازه دانه 18nm ميشود پودرهاي توليدي سپس با روش پرس داغ در دماي 1600 C فشار 5 5 GPa و به مدت 51 دقيقه تف جوشي شده و قطعات بالك توليد شد ريزساختار و فازهاي موجود توسط ميكروسكوپ الكتروني روبشي آناليز طيف سنج توزيع انرژي ميكروسكوپ الكتروني عبوري و آناليز پراش پرتوي ايكس مورد بررسي قرار گرفت خواص مكانيكي پوششها توسط آزمون ريزسختي و نانوفرورونده مورد بررسي قرار گرفت جهت بررسي مقاومت به رشد ترك و بدستآوردن تافنس شكست آنها از آزمون فرورونده ويكرز استفاده شد همچنين جهت بررسي رفتار سايشي نمونههاي بالك از آزمون سايش گرم استفاده گرديد نتايج نشان داد استفاده از عنصر آلياژي Cr و نانو ذرات تقويت كننده 3 Al2O منجر به بهبود خواص FeAl گرديده است همچنين بررسيهاي ميكروسكوپ الكتروني عبوري نشان داد با وجود استفاده از دماي 1600 C براي تهيه نمونههاي بالك ذرات 3 Al2O ابعاد نانو خود را حفظ كرده و اندازه ذرات فاز زمينه رشد چنداني را نشان نداده نتايج به دست آمده از آزمون نانوفرونده بيانگر سختي باالي 21GPa مدول االستيك 605GPa وتافنس شكست 2 1 19MPa m در نانوكامپوزيت 3 Fe Cr Al 10 volAl2O است همچنين بررسي رفتار سايشي در دماي 300 C نيز مقاومت به سايش باالي اين تركيب را نشان داد نتايج اندازهگيري تغييرات وزني نمونهها پس از گذشت 001 ساعت از آزمون اكسايش نشان داد تمام تركيبات از قانون سهموي تبعيت كرده و تركيب FeAl افزايش وزن قابل توجهي را نشان داد در صورتيكه تركيب Fe Cr Al كمترين ميزان افزايش وزن را در بين ساير تركيبات داشت كه تاثير حفاظتي و مقاومت به اكسايش تركيب Fe Cr Al را به خوبي آشكار ميسازد در نانوكامپوزيتهاي 3 Fe Cr Al Al2O نيز بهبود مقاومت به اكسايش در مقايسه با تركيب FeAl مشاهده ميشود قطعات توليدي سپس در معرض فرايند اكسايش در محيط پالسما قرار گرفتند تا جهت بهبود تافنس سطح اليه اكسيدي روي سطح ايجاد شود نتايج آناليز پراش پرتوايكس و آناليز تفرق الكترونهاي بازگشتي EBSD تشكيل 3 Al2O را اثبات كرد ايجاد اليه اكسيد در سطح ضمن بهبود خواص مكانيكي مقاومت سايش و اكسايش FeAl كاهش تردي هيدروژني بهبود انعطاف پذيري و افزايش تافنس شكست را به دنبال دارد زبري و توپوگرافي سطح پس از كاشت يون به وسيله ميكروسكوپ نيروي اتمي AFM مورد بررسي قرار گرفت تصاوير ميكروسكوپ الكتروني عبوري ضخامت سطح اكسيد شده را در حدود 100nm نشان داد بررسيهاي آزمون نانوفرورونده افزايش 02 در ميزان سختي سطح پس از كاشت يون 31GPa نسبت به زيراليه و بهبود تافنس شكست سطح تا 2 1 21MPa m را نشان داد آزمون نانوخراش بيانگر بهبود رفتار تريبولوژيكي نمونه پس از كاشت يون بود كلمات كليدي آلومينايد آهن نانوكامپوزيت پرس داغ نانوفرورونده تافنس شكست مقاومت به اكسايش مقاومت به سايش كاشت يون
چكيده انگليسي :
123 Synthesis and investigation of mechanical and wear behavior of Fe Cr Al Al2O3 nanocomposite and influence of surface modification by ion implantation Fereshteh Sourani Email address f sourani@ma iut ac ir Department of Materials Engineering Isfahan University of Technology Isfahan 84156 83111 Iran Supervisor s Name Mohammad Hossein Enayati Professor ena78@cc iut ac ir Alfonso Hing Wang Ngan Professor Ahwngan@khu hkAbstractAmong the wide range of intermetallic compounds aluminides and especially iron titanium and nickelaluminides have been the most widely regarded engineering materials One of the important intermetalliccompounds that is expected to be more applicable due to low cost of raw materials is the FeAl compound Despite many desirable properties the FeAl composition like other intermetallic compounds has severallimitations especially low temperature ductility and low creep strength at high temperature Addingalloying elements controlling the atmosphere reducing grain size controlling microstructures controllingdefects and impurities adding second phase such as oxides and thermomechanical treatment have beenintroduced to increase ductility of FeAl The aim of the present study was to improve ductility of FeAlbased intermetallic compounds In the first step synthesized of FeAl Fe Cr Al intermetallic compoundsand Fe Cr Al Al2O3 nanocomposites was performed by mechanical alloying MA method For thispurpose iron aluminum chromium iron oxide or chromium oxide powders were mixed withstoichiometric composition to produce FeAl Fe Cr Al and Fe Cr Al Al2O3 powders by mechanicalalloying The results showed that FeAl compound is formed after 30 h of MA time and by increasing themilling time to 100 h the grain size reached to 60 nm In the next step the Fe Cr Al intermetalliccomposition was synthesized by stoichiometry of Fe40Cr10Al50 after 30 h In the third step Fe Cr Al metalmatrix nanocomposite containing Al2O3 reinforcement phase was fabricated For this purpose two differentapprouches reduction of chromite Cr2O3 and hematite Fe2O3 by Al were used During the mechanicalalloying of the Fe Al Cr2O3 powder mixture aluminum and chromium oxide did not react and the aluminaphase did not form therefore the reduction of hematite was used In Cr Al Fe2O3 system the heat generatedby Al Fe2O3 reaction lead to formation of Al Fe Cr phase with grain size about 20 nm and Al2O3crystalline particles with grain size of 18 nm Then the prepared powders were sintered by hot pressing at1600 C 5 5 GPa for 15 min The properties of the bulk compound including the microstructure mechanicalproperties oxidation resistance and high temperature wear behavior were evaluated The results illustratedthat the presence of Cr and Al2O3 nanoparticles improved the FeAl properties Also transmission electronmicroscopy TEM studies showed that Al2O3 particles retained their nano dimensions and did not exhibitsignificant growth The results of the nanoindentation test indicated a high hardness of 21GPa a Youngsmodulus of 605 GPa and a fracture toughness of 19MPa m1 2 for Fe Cr Al 10 volAl2O3 nanocomposite Also the study of wear behavior at 400 C showed a high wear resistance of this compound Oxidationbehavior of compounds accorded with the parabolic law The Fe Cr Al compound had the lowest weightgain among the other compounds revealing the protection role of Cr To improve surfaceproperties thebulk samples were subjected to the plasma oxidation process to create a thin oxide layer on the surface
استاد راهنما :
محمدحسين عنايتي
استاد داور :
علي صدوق ونيني، فخرالدين اشرفي زاده، مرتضي شمعانيان
