فارغ التحصیل کارشناسی ارشد مهندسی شیمی از دانشگاه خلیج فارس بوشهر هستم و در حال حاضر مشغول به تدریس در مقطع کارشناسی و کاردانی در رشته مهندسی شیمی و صنایع شیمیایی هستم. سابقه تدریس در درسهای عملیات واحد، انتقال جرم، مکانیک سیالات، کنترل فرآیند، ریاضی مهندسی، محاسبات عددی و کاربردرایانه را دارم
تهیه نانو کامپوزیت های منیزیم با دو روش آسیاب کردن مکانیکی و استفاده از امواج اولتراسونیک با شدت بالا مورد مطالعه قرار گرفته است. در روش اول از پودرهای فلزی آلومینیم، منیزیم و تیتانیم استفاده شده است که با تشکیل TiH2 توسط پلی اتیلن گلیکول نانو کامپوزیتی با بازده استحکامی بالا و قابلیت کشیدگی مطلوب بدست می آید. در روش دوم تقویت کنندگی نانو ذرات SiCبرای کامپوزیت های منیزیم AZ91D و میزان پخش آن مورد بررسی قرار گرفته است. نانو کامپوزیت های حاوی SiC دارای توزیع یکنواخت ترو پخش بهتر ذرات هستند و از میزان سختی بیشتری برخوردارند. در این روش میزان جاذبه بین SiC و بست کامپوزیت و همچنین برهمکنش امواج اولتراسونیک با نانو ذرات مورد مطالعه قرار گرفته است.
متن مقاله
کامپوزیت های با بستر فلزی کم وزن و سبک بوده و به علت قدرت استحکام و سختی بالا کاربردهای وسیعی در صنایع خودرو و هوافضا پید اکرده است. لیکن این کاربردها به لحاظ کم بودن قابلیت کشیده شدن در این کامپوزیت ها محدود شده است. تبدیل کامپوزیت به نانو کامپوزیت سبب افزایش بازده استحکامی و رفع محدودیت مذکور می شود.[1و2و3] از میان راههای متعددی که برای ساخت نانو کامپوزیت پیشنهاد شده است دو روش آسیاب کردن مکانیکی و استفاده از روش امواج اولتراسونیک در اینجا مورد بررسی قرار می گیرد. روش آسیاب کردن مکانیکی اقتصادی تر است و روش امواج اولتراسونیک خواص بهتری را تأمین می کند. نانو کامپوزیت ها از دو فاز تشکیل شده اند که فاز یک ساختار بلوری و در ابعاد نانو دارد و فاز دوم ترکیبات برید، نیترید، کاربید، اکسید و هیدرید با ذراتی در مقیاس نانو می باشد. نانو کامپوزیت های بدست آمده از روش های مذکور دارا ی خواص بهینه ای نظیر دانسیته کم، قدرت استحکام بالا، مقاومت خزشی عالی، ظرفیت میرایی بالا و پایداری ابعادی خوبی هستند.[1] همجنین با کاهش آلورگی و زیست سازگاری نسبی خود سبب کاهش مصرف سوخت و کاهش هزینه می شوند.[1و4] در این مقاله به بررسی کامپوزیت های AZ91D و Ti، Al% Mg5wt می پردازیم. کارهای عملی
روش آسیاب مکانیکی
در روش آسیاب کردن مکانیکی از پودرهای فلزی نظیر آلومینیم، منیزیم، تیتانیم و یا سایر پودرهای سرامیکی مانند SiC و TiC استفاده می کنند. این پودرهای فلزی بایستی دارای درصد خلوص بالا و به میزان بیشتر از% 5/98 برای منیزیم ،% 5/99 برای آلومینیم و ?باشند. پس از اختلاط این پودرها در یک مخلوط کن V شکل با سرعت rpm45 و به مدت 2 ساعت، آنها را از مرحله آسیاب کردن می گذرانند. آسیلب توسط دستگاه توپی فریتش (Fritsch ) با rpm250 انجام می گیرد. پلی اتیلن گلیکول (H(OCH2-CH2)nCH) به عنوان یک عامل کنترل کننده ی فرایند به مخلوط پودری اضافه می شود. این عامل نظیر عوامل دیگر که به عنوان کنترل کننده ی فرایند استفاده می شود(اسید استیاریک) ناپایدار بوده و با تخریب خود سبب تولید TiH2 می گردد. بطوریکه با دارا بودن هیدروژن و حساسیت Ti به هیدروژن مستقیمأ TiH2 تولید می شود. از طرف دیگر ?G فرایند تشکیل TiH2 منفی بوده( l96/14-KJ/mo) و به راحتی پیش می رود.[ 2و3 ] مخلوط پودرها را با گاز نیتروژن یا هیدروژن به منظور تولید نیترید یا هیدرید به عنوان فاز دوم مخلوط کرده و تحت فشار بصورت سرد قرار می دهند. سپس در C° 450 به مدت 2 ساعت در یک کوره ی تخلیه قرا ر گرفته و پس از آن در C° 400 و با کمک گرافیت به عنوان روان کننده آنرا قالبگیری می کنند. نهایتأ برشهایی از نمونه را بطول و ضخامت mm25 و قطر mm5 از وسط ترکیب قالبگیری شده جدا کرده و کشش طولی(Tensile ) آنها را اندازه گیری می کنند. روش اندازه گیری مطابق با ASTM E8M-96 می باشد.[2و3] در این مطالعه به کمک طیف های XRD )پراش سنج پرتو X ( ، TEM ) میکروسکپ الکترونی انتقال( به بررسی تعیین فاز و ارزیابی اندازه ذرات می پردازیم.
شکل 1. شمای دستگاه
روش اولتراسونیک
در این روش از یک آلیاژ منیزیم به نام AZ91D به عنوان بستر کامپوزیت استفاده می شود که اگر شامل 5 درصد وزنی SiC باشد بصورت AZ91D/5SiC در می آید. همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است توسط نفوذ امواج اولتراسونیک با شدت بالا به عمق آلیاژ عمل ذوب انجام می گیرد که در یک بوته گرافیتی رخ می دهد. در جدول 1 نیز ترکیب شیمیایی AZ91D آمده است. برای تهیه AZ91D/5SiC نیز از SiC به عنوان یک تقویت کننده استفاده می شود که ترکیب شیمیایی آن در جدول 2 آمده است.[1] مذاب منیزیم بدست آمده را با مخلوط گازهای CO2/SF6 حفاظت کرده و سپس نانو ذرات SiC را به بوته و از سطح مذاب در دمای کنترل شده ی C°620 اضافه می کنیم. وجود نانو ذرات SiC در مذاب ویسکوزیته آن بیشتر شده و با اعمال دمایی تا C° 700 میزان جاری شدن رضایت بخشی بدست آید. [1] سپس نمونه ها با محلول اسید نیتریک در اتانول برای 5 ثانیه در دمای اتاق سیاه قلم کرده و گاهی برای هدایت حرارتی و قابلیت هدایت بهتر آنها را با Auمخلوط می کنند.
در این روش نیز برای تعیین ریز ساختار کامپوزیت AZ91D/5SiC و تعیین فاز آن از XRD و برای بررسی میزان پخش نانو ذرات از SEM و جاذبه بین ذرات SiC و بستر منیزیم از XPS استفاده می کنیم.