پديد آورنده :
ملك پور، فاطمه
عنوان :
بررسي مكانيزم تشكيل تركيب بين فلزي TiAl با استفاده از روش هاي شبيه سازي ديناميك مولكولي و فرايند تف جوشي پلاسمايي جرقه اي
مقطع تحصيلي :
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي :
شناسايي و انتخاب مواد
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
دوازده، 111ص. :مصور، جدول، نمودار
استاد راهنما :
مسعود پنجه پور، محمود مراتيان
توصيفگر ها :
سينتيك , مكانيزم , تركيب بين فلزي TiAI , تف جوشي پلاسمايي , ديناميك ملكولي
استاد داور :
مهدي احمديان، ابوذر طاهرثي زاده
تاريخ ورود اطلاعات :
1399/09/27
رشته تحصيلي :
مهندسي مواد
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1399/09/29
چكيده فارسي :
چكيده تركيب بين فلزي TiAl در سال هاي متمادي به طور گسترده بهدليل خواصي نظير دماي ذوب باال استحكام در دماي باال مقاومت به اكسيداسيون مناسب مقاومت به خوردگي در دماهاي باال استحكام خزشي عالي و چگالي كم مورد توجه بوده است ازين رو بررسي مكانيزم تشكيل اين تركيب و يافتن راه هايي براي تسريع بخشيدن نفوذ اتم ها در يكديگر از اهميت زيادي برخوردار است در اين پژوهش دو روش تجربي و شبيه سازي مورد استفاده قرار گرفته است در روش تجربي از تفجوشي پالسمايي جرقهاي SPS و در روش شبيه سازي ديناميك ملكولي Molecular Dynamic از نرم افزار لمپس LAMMPS و پتانسيل EAM استفاده شد در روش اول شبيه سازي ديناميك ملكولي به منظور كشف مكانيزم تشكيل تركيب بين فلزي TiAl و بررسي تشكيل فاز ها ونفوذ اتم ها در يكديگر در مقياس اتمي مورد استفاده قرار گرفته است در اين روش نمونه با نرخ گرمايش 10 0 درجه كلوين بر 001 فمتوثانيه تا دماي 003 كلوين در انسمبل NPT گرم شد و بعد از به تعادل رساني با همان نرخ گرمايش تا دماي 0011درجه كلوين و يار ديگر به منظور مقايسه تا دماي 0541درجه كلوين گرم گرديد و پس از آن براي مدت زمان طوالني به تعادل رسيد مشاهده شد كه روند نفوذ تابعي از قانون دوم فيك مي باشد و همچنين پيشرفت فرايند وابسته به ضرايب نفوذي اتم ها است وهمچنين نفوذ اتمهاي آلومينيوم از مناطق غني از Al به مناطق فقيرتر مهمترين مكانيزم كنترلكننده سرعت تشكيل تركيب بينفلزي TiAl ميباشد در روش دوم فرايند SPS دومرحلهاي انجام شد بهطوريكه ابتدا پودر تيتانيوم وآلومينيوم با نسبت استوكيومتري برابر باهم مخلوط شد سپس در مرحله اول نمونه در دماي 087 درجه سانتيگراد و فشار 5 MPa بهمدت 01 دقيقه قرار داده شد و سپس در مرحله دوم فشار به 40 MPa افزايش يافت و نمونه در دماهاي 009 0001 0501 0021و0031 درجه سانتيگراد براي زمانهاي 01 تا 52 دقيقه نگه داشته شد باتوجه به انرژي آزاد تشكيل تركيبات بين فلزي موجود در سيستم Ti Al مشاهده مي شود كه تركيب بين فلزي3 TiAl پايدارترين تركيب در اين سيستم است و اولين تركيبي است كه در مرز بين تيتانيوم و آلومينيوم مذاب بوجود مي آيد در ادامه انرژي اكتيواسيون تشكيل اليه TiAl حدود 421 كيلو ژول بر مول محاسبه شد و مشاهده شد كه سرعت تشكيل تركيب بين فلزي TiAl و پيشرفت واكنش وابسته به واكنش اتم ها در مرز مي باشد بهمنظور بررسيهاي فازي و ريزساختاري محصوالت تشكيل شده از آزمونهاي XRD و SEM استفاده شد همچنين براي مشخصشدن تركيب شيميايي نقاط مختلف آناليز EDS انجام گرديد نتايج نشان ميدهد كه روش هاي شبيه سازي ديناميك ملكولي و تجربي در انطباق كامل با يكديگر نيستند اما در واقع هر دو روش نشان مي دهند كه در اثر واكنش بين تيتانيوم جامد و مذاب آلومينيوم در مرزتركيب بين فلزي 3 TiAl تشكيل ميشود سپس در اثر نفوذ Al از 3 TiAl بهدرون Ti تركيب Ti3Al بوجود مي آيد در ادامه فرايند فاز 2 TiAl در فصل مشترك TiAl3 Ti3Al شكل گرفته و در انتها تركيب TiAl نيز در فصل مشترك TiAl2 Ti3Al بهوجود ميآيد هرچند روش تف جوشي پالسمايي نشان مي دهد كه واكنش اتم ها در مرز مهمتر از نفوذ اتم ها در يكديگر مي باشد كلمات كليدي مكانيزم تركيب بينفلزي TiAl تفجوشي پالسمايي جرقهاي ديناميك ملكولي سينتيك
چكيده انگليسي :
Study on the formation mechanism of TiAl intermetalliccompound by the methods of molecular dynamic simulation and spark plasma sintering process Fateme Malekpour 1 08 2020 Department of Materials Engineering Isfahan University of Technology Isfahan 84156 83111 IranDegree M Sc Language Farsi Supervisors Dr M Panjepour Assoc Prof Dr M Meratian Assoc Prof AbstractTiAl intermetallic compound has attracted extensively interesting for many years due to its highmelting temperature adequate high temperature strength excellent oxidation corrosion resistance and good strength retention ability and low density For this reason detect the mechanism of itsformation and a method for accelerating the diffusion process Two distinct methods of spark plasmasintering SPS and molecular dynamic simulation LAMMPS software and the EAM potential wereused In the first method molecular dynamic simulation for the detect formation mechanism of Ti Al was used The molecular dynamic simulation had been employed as a suitable replacement forstudy in the system s atomistic behavior In this way the sample was annealed at 300K equaled in300K then annealed to 900K and equaled in 900K the samples were heated at different temperatures 1100 1450 C and then the sample was equaled temperatures in many times In this way theinvestigated effect of Fick s second law in reaction mechanism and the rate of the formation andreaction progress depends on the diffusion coefficient of atoms and the concentration difference Inthe second method pure powders of aluminum and titanium were mixed with a stoichiometric ratioof the TiAl compound Then the sample was heated at 780 C and a pressure of 5 MPa for 10 minutes then the pressure was increased to 40 MPa and the samples were heated at different temperatures 900 1000 1100 1050 and 1200 C for 10 to 30 minutes According to titanium aluminides Gibbsfree energies of formation it is evident that TiAl3 is the most stable phase that can form in the Ti Alsystem Therefore it seems reasonable that TiAl3 is the first compound forms between solid andmolten aluminum At temperatures above the aluminum melting point intermetallic layer growthcontinues by diffusion of aluminum through TiAl3 The activation energy Q of 124 kJ mol wasdeveloped for TiAl layer formation and growth at the interface of solid titanium and moltenaluminum The formation and reaction progress rate depends on reactions in the interface of solidtitanium and molten aluminum The phase and microstructure of products were investigated by XRDand SEM tests EDS analysis was performed to identify the chemical composition of different partsof the sample microstructure After the simulation to compare the result with the experimental result we understand the molecular dynamics and experimental observation does not confirm completelyeach other The results obtained in all two methods indicated that the phase is formed as the firstreaction product Then due to the diffusion of Al to Ti the Ti3Al forms in the Ti TiAl3 interface Then TiAl2 phase is formed in the TiAl3 Ti3Al interface and finally TiAl is formed in theTiAl2 Ti3Al interface However the experimental method indicates that the interface s reaction wasmore critical than the diffusion coefficient Keywords Mechanism TiAl intermetallic Spark plasma sintering molecular dynamic kinetic
استاد راهنما :
مسعود پنجه پور، محمود مراتيان
استاد داور :
مهدي احمديان، ابوذر طاهرثي زاده
