بررسی اثر نوع مواد اولیه در چگونگی و مکانیسم فرآوری تولید مکس فازهای پایه زیرکونیم نانوکریستالی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی متالورژی و مواد، پردیس البرز دانشگاه تهران، تهران، ایران

2 مجتمع مواد و فناوریهای ساخت، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران

3 گروه مهندسی متالورژی و مواد، پردیس البرز دانشگاه تهران، ایران

چکیده

در این پژوهش تحقیقاتی؛ از روش آلیاژسازی مکانیکی به همراه تف جوشی پسین به‌منظور تولید و فرآوری مکس فازهای پایه زیرکونیم با ریزساختار نانوکریستالی بهره گرفته شده است. برای نیل به این مقصود؛ مقادیر مشخصی از ترکیبات عنصری با خلوص بالای اولیه با نسبت شیمیایی مشخص شامل هیدرید زیرکونیم، آلومینیم و گرافیت در دستگاه با انرژی بالای آسیاب مکانیکی سیاره‌ای برای مدت‌زمان‌های مشخص (5، 10، 20، 40 و 60 ساعت) تحت فرآیند خردایش و آسیاب قرار داده شد. ترکیبات فرآوری شده با استفاده از طیف‌سنجی پرتو ایکس (XRD)، مشاهدات میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و آزمایشات سختی سنجی مورد مطالعه واقع شد. نتایج آزمایشگاهی مشخص ساخته است که پس از 40 ساعت آسیاب؛ مکس فاز Zr2AlC با اندازه بلوریت پایین‌تر از 25 نانومتر و سختی قابل ملاحظه 971 ویکرز پدیدار می‌گردد. همچنین با افزایش زمان آسیاب کاری مورفولوژی ذرات تولید شده از حالت لایه‌ای به کروی تغییر می‌یابد. تف جوشی پودرهای آسیاب شده برای مدت زمان 2 ساعت و در دمای 1300 درجه سانتی‌گراد، پیدایی مکس فازهای Zr3AlC2 و Zr4AlC3؛ رشد دانه و افزایش اندازه بلوریت و همچنین رهایش کرنش‌های داخلی را به دنبال خواهد داشت. با توجه به نتایج به‌دست‌آمده مشخص می‌گردد که فرآیند به کار گرفته شده (آسیاب مکانیکی و تف جوشی)، روشی سودمند، مقرون به‌صرفه و پر بازده برای تولید مکس فازهای پایه زیرکونیم با ساختار نانومتری و مورفولوژی همگن به شمار می‌رود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

The study of raw materials type on condition and production mechanism of nanocrystalline Zr-based MAX-phases

نویسندگان [English]

  • Morteza Ghadimi 1
  • Hamid Reza Baharvandi 2
  • Ahmad Ali Amadeh 3
1 Metallurgy and Materials Group, Alborz Campus, University of Tehran, Tehran, Iran
2 Department of Materials & Manufacturing Process, Malek-Ashtar University of Technology, Tehran, Iran
3 Metallurgy and Materials Group, Alborz Campus, University of Tehran, Tehran, Iran
چکیده [English]

In this research, the method of mechanical alloying and subsequent sintering has been used to obtain Zr-based MAX Phases compounds with nanocrystalline structure. For this purpose, a stoichiometric mixture of high purity elemental powders of ZrH2, Al and C (Graphite) was subjected to intense mechanical alloying in a planetary high energy ball mill under different milling conditions (5, 10, 20, 40 and 60 h). The fabricated compounds were characterized by X-ray diffractometry (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and microhardness measurements. Experimental results exhibited that after an optimum milling time of 40 h, Zr2AlC MAX phase with the crystallite size of less than 25 nm and high microhardness of 971 HV can be obtained. Also with milling time, morphology of pre-alloyed powders changed from lamella to globular. Sintering of milled powders at 1300 °C for 2 h resulted in the production of nanometric Zr3AlC2 and Zr4AlC3 MAX phases, increase the crystallite size (grain growth), and release of internal strain. The results revealed that this route (high energy milling followed by sintering) is a powerful, cost effective and high productive technique for preparing Zr-based MAX phases compounds with nanometric structure and homogenies morphology.

کلیدواژه‌ها [English]

  • MAX Phase
  • Production mechanism
  • Powder technology
  • nanocrystalline