واکنش پذیری آهن جامد و آلومینیوم مذاب در فرایند رانش واکنشی

در این رساله واکنش پذیری آهن جامد - آلومینیم مذاب در جریان رانش مذاب در پیش فرمهای متخلخل آهنی (رانش واکنشی) مورد پژوهش قرار گرفته است. مطالعه و بررسی فصل مشترک زوجهای آهن - آلومینیم پس از غوته وری تیغه های آهنی در دماهای 700، 800، 900 درجه سانتیگراد و زمانهای 90 تا 3000 ثانیه نشان داده است فاز اصلی ‏‎fe2al5‎‏ و فاز فرعی ‏‎feal3‎‏ در اثر واکنش مایع جامد در فصل مشترک تشکیل می گردد. بررسی های تکمیلی بر روی پیش فرمهای رانش یافته از آلومینیم مذاب در دمای 700 تا 900 درجه سانتیگراد نشانگر تشکیل محصولات واکنش مشابهی در روش رانش واکنشی بوده است. مطالعه سینتیک رشد لایه ترکیبی در فصل مشترک آهن جامد و آلومینیم مذاب در آزمایشها یغوته وری تیغه های آهنی در دماهای 700 تا 900 درجه سانتی گراد و زمانهای 90 تا 3000 ثانیه و سیمهای نازک آهنی در دماهای 700 تا 800 درجه سانتیگراد و زمانهای 10 تا 90 ثانیه نشان داده است واکنش آهن جادم و آلومینیم مذاب از نوع واکنشهای نفوذی با معادله ‏‎‎‏14539 + ‏‎5/94t‎‏ = ‏‎y2=9/62t+4151, y2‎‏ و ‏‎y2=56t+1540‎‏ در دماهای 700، 800، 900 درجه سانتیگراد و انرژی کنشگری 108 کیلو ژول بر مول است. مقایسه واکنش پذیری در شرایط رانش مذاب آلومینیم در پیش فرمهای متخلخل آهنی و آزمایشهای غوته وری نشانگر تفاوت محسوسی در سینتیک تشکیل ترکیبات بین فلزی بوده است. این تفاوت به اثرات ناشی از گرمای آزادشده از واکنش که در شرایط آدیاباتیک به افزایش درجه حرارت در پیش فرم منتهی می شود نسبت داده شده است. افزایش درجه حرارت منجر به افزایش ثابت سرعت واکنش و در نتیجه افزایش واکنش پذیری دو فازخواهد شد. الگوریتم پیشنهادی برای در نظر گرفتن اثرات ناشی از غیر ایزوترم بودن واکنش نشانگر تاثیر اندازه الیاف نسبت استوکیومتری آهن - آلومینیم (فشردگی حجمی پیش فرم) و درجه حرارت رانش بر واکنش پذیری در رانش واکنشی است. به این ترتیب کاهش اندازه الیاف و نسبت استوکیومتری موجب افزایش دمای ناشی از واکنش در پیش فرم خواهد شد که می تواند به ذوب محصولات و همچنین تغییر نوع واکنش از واکنش نفوذی به واکنش انحلال رسوب گردد. این الگوریتم علاوه بر نتایج این پژوهش نتایج پژوهشهای قبلی در مورد ساختارهای متفاوت از رانش واکنشی در تولید آلومیناید نیکل را توجیه نموده است. براساس استنباطهای حاصل از آزمایشهای این پژوهش و مطالعه منابع که در بخش ضمیمه رساله ارائه شده است اثرات واکنش بر رانش به شرح ذیل پیشنهاد شده است:1- افزایش حجم ناشی از واکنش و تشکیل لایه ترکیبی پیرامون الیاف آهنی که در آزمایشهای غوته وری سیم های نازک آهنی مشاهده شده است موجب می گردد نفوذپذیری پیش فرمها در طی رانش واکنشی تحت تاثیر این پدیده با زمان تغییر نماید. 2- ترشوندگی آهن جامد - آلومینیم مذاب از نوع ترشوندگی واکنشی با گسترش عرضی لایه ترکیبی تشخیص داده شد که در نتیجه زاویه تماس در معادلات حرکت سیال در محیط متخلخل متناسب با شرایط جدید می باید تعیین شود. 3- وجود فازهای بین فلزی در زمینه آلومینیم در مقطع پیش فرم که ناشی از انحلال آهن طی عملیات رانش واکنشی است نشانگر تغییر خصوصیات فیزیکی سیال نظیر گرانروی و یا تنش سطحی مذاب طی عملیات رانش مذاب می باشد. این اثرات ضرورت بهینه سازی مدلهای دینامیکی حرکت سیال در مورد رانش واکنشی در شرایط واکنش پذیری در پیش فرم را روشن ساخت. در پایان پژوهش روند بهینه سازی و در نظر گرفتن این اثرات در مدلهای دینامیکی سیال (مدل لوله های موئین و دارسی) جهت تکمیل در پژوهشهای آتی پیشنهاد شده است.