پديد آورنده :
شيراني بيدآبادي، اميرحسين
عنوان :
سنتز نانوكامپوزيت زمينه نيكل تقويت شده با تركيب بين‌فلزي Ni3Al توسط آسيابكاري مكانيكي و تف جوشي پلاسماي جرقه‌اي
مقطع تحصيلي :
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي :
شناسايي و انتخاب مواد
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
سيزده، 83ص.: مصور (رنگي)، جدول، نمودار
استاد راهنما :
محمدحسين عنايتي، فتح اله كريم زاده
توصيفگر ها :
آسيابكاري مكانيكي , تف جوشي پلاسماي جرقه اي , تركيب بين فلزي , نانوكامپوزيت , نيكل
استاد داور :
محمدحسن عباسي، مهران نحوي
تاريخ ورود اطلاعات :
1401/03/16
رشته تحصيلي :
مهندسي مواد
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1401/03/23
چكيده فارسي :
در اين پژوهش، نانوكامپوزيت زمينه نيكل تقويت شده با تركيبات بين‌فلزي Ni3Al به صورت درجا از مخلوط پودرهاي اوليه Ni95Al5 توسط آسيابكاري مكانيكي تهيه شد و جهت توليد قطعه بالك تحت تف‌جوشي پلاسماي جرقه‌اي قرار گرفت. مخلوط پودرهاي نيكل و آلومينيوم جهت ايجاد ساختار لايهاي Ni-5%Al در آسياب گلوله‌اي و تحت اتمسفر گاز آرگون به مدت 20 ساعت آسيابكاري مكانيكي شد. پودر حاصل با استفاده از فرايند تف‌جوشي پلاسماي جرقه‌اي به قطعه بالك تبديل شد. مطالعات ريزساختاري و تغييرات فازي به وسيله آزمون‌هاي ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) و پراش پرتو ايكس (XRD) انجام گرفت. همچنين جهت بررسي خواص مكانيكي آزمون ريزسختي سنجي،آزمون سايش پين روي ديسك و آزمون اندازه‌گيري چگالي انجام گرفت. نتايج پراش پرتو ايكس نشان داد كه پيك آلومينيوم پس از 10 ساعت آسيابكاري مكانيكي حذف شد و شدت پيك‌هاي نيكل كاهش يافت، كه در اثر تغييرشكل پلاستيكي شديد ذرات پودر و در نتيجه افزايش عيوب كريستالي مانند نابجايي‌ها مي باشد. تصاوير ميكروسكوپ الكتروني روبشي پس از 20 ساعت آسيابكاري مكانيكي حاكي از تشكيل ساختار لايهاي آلومينيوم در زمينه نيكل از مخلوط پودرهاي نيكل و آلومينيوم است. محاسبه با روش ويليامسون-هال نشان داد كه پس از 20 ساعت آسيابكاري مكانيكي اندازه كريستال‌هاي نيكل به زير 40 نانومتر كاهش يافت. فرايند تشكيل فاز تقويت كننده Ni3Al يك بار توسط فرايند عمليات حرارتي و بار ديگر توسط عمليات تف‌جوشي پلاسماي جرقه‌اي انجام شد. يكبار پودر 20 ساعت آسياب شده به مدت 1 ساعت در دماي 700 درجه سانتيگراد تحت عمليات حرارتي قرار گرفت. بار ديگر پودر آسياب شده در دماي 1200 درجه سانتيگراد و زمان نگهداري 5 دقيقه و فشار وارده 40 مگاپاسكال، تحت عمليات تف‌جوشي پلاسماي جرقه اي قرار گرفت. پودر حاصل از عمليات حرارتي نيز تحت شرايط يكسان جهت بررسي خواص، به قطعه بالك تبديل شد. خواص قطعه بالك توليد شده از نظر تغييرات فازي، ريزساختاري و خواص مكانيكي مورد ارزيابي قرار گرفت. اندازه‌گيري چگالي قطعه با روش ارشميدوس دلالت بر آن دارد كه چگالي كامپوزيت 96% چگالي نظري است. نتايج نشان داد كه نانوكامپوزيت زمينه نيكل حاوي ذرات Ni3Al به صورت لايهاي مي‌باشد، كه در نمونه تحت عمليات حرارتي ضخامت لايه‌ها درشت و در نمونه تحت تف‌جوشي پلاسماي جرقه‌اي ساختار لايهاي ظريف‌تر شد. تصاوير ميكروسكوپ روبشي نشان داد ضخامت لايه تقويت كننده درنانوكامپوزيت در اندازه نانومتري بود. آزمون ريزسختي نشان داد كه سختي نانوكامپوزيت حاصل به 25±340 ويكرز رسيد، كه در مقابل سختي نيكل خالص تحت شرايط يكسان باسختي 15±200 ويكرزقابل توجه مي‌باشد. مقامت سايشي و ضريب اصطكاك نمونه تحت آزمون پين روي ديسك در دماي 25 درجه سانتيگراد بررسي شد. نتايج آزمون سايش نشان داد مقاومت سايشي نمونه نانوكامپوزيت از نمونه نيكل خالص به خصوص در بارگذاري 4 نيوتن، پايين‌تر است. همچنين آزمون زبرسنجي نيز نشان داد كه عمق و پهناي مسير سايش در نمونه نانوكامپوزيت بيش از نمونه نيكل خاص است.
چكيده انگليسي :
In this study, the synthesis of nickel matrix nanocomposite (NMN) reinforced with layered intermetallic compounds (Ni3Al) was investigated. The NMN bulk specimens were prepared by mechanical milling (MM) followed by spark plasma sintering (SPS). The mixture of nickel and aluminum powder was subjected to MM in a ball mill under the protection of argon gas atmosphere for 20 hours to form layered Ni/Al structure. Then the powder was sintered using SPS process. Microstructural characterization and phase transformation were studied by scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction (XRD) tests. Also, microhardness, pin on disk wear tests and density measurement (Archimedes method) were performed to evaluate the mechanical and wear properties of the specimen. XRD results showed that the aluminum peak was utterly vanished and the intensity of nickel peaks decreased after 10 h of MM although the formed layered structure was not uniform at this stage. SEM images showed that a more uniform layered structure created after 20 h of MM. The results of the Williamson-Hall method showed that after 20 hours of MM, the size of the Ni crystals decreased below 40 ± 5 nm. The 20 h milled powder was annealed for 1 hour at 700°C to remove the MM work hardening effects. The annealed powder and as-milled powder were sintered by SPS at 1200°C for 5 min under pressure of 40 MPa. Density measurement of samples indicated that the nanocomposite density was 96% of the theoretical density for annealed sample. The results represented that the layered structure formed from annealed powder was coarser than that formed from as-milled powder. SEM images showed that the thickness of Ni3Al layers in this sample was about 350 ± 50 nm with a hardness value of 330 ± 25 Vickers, which was significant compared to the hardness of the pure bulk nickel sample (200 ± 15 Vickers) prepared under the same conditions. The wear resistance and friction coefficient tests also proved that the wear resistance of NMN samples was lower than those obtained for pure nickel sample, especially under 4 N load. In addition, the roughness test showed that the depth and width of the wear path in the NMN sample was higher than that for the pure nickel sample.
استاد راهنما :
محمدحسين عنايتي، فتح اله كريم زاده
استاد داور :
محمدحسن عباسي، مهران نحوي
