در سال های اخیر کامپوزیت های زمینه منیزیمی بدلیل دارا بودن چگالی کم و استحکام ویژه بالا کاربرد گسترده ای در صنایع اتومبیل و هوافضا پیدا کرده اند. یکی از روش های جدید برای ساخت مواد کامپوزیتی زمینه منیزیمی روش نفوذدهی مذاب به درون فوم های سرامیکی می باشد. در این تحقیق، تولید کامپوزیت زمینه منیزیمی az91- al2o3 با روش ریخته گری نفوذی فشاری مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور مذاب آلیاژ az91 تحت محافظت پوشش فلاکس magrex و با استفاده از کوره شعله ای آماده شد و سپس درون قالب پیش گرم شده در دمای ?c 250 و حاوی فوم آلومینایی پیش گرم شده در رنج دمایی ?c 800- 750 ریخته گری شد. به منظور بررسی دمای فوق ذوب مذاب بر ریزساختار و خواص مکانیکی دمای مذاب ?c 790- 700 در نظر گرفته شد. سپس با استفاده از پرس، فشارهای mpa 50، 75 و 100 و به مدت 1 دقیقه روی مذاب اعمال شد تا انجماد کامل شود. آزمایشات مشابهی نیز بدون اعمال فشار بر مذاب، به منظور مقایسه در هر یک از حالتها انجام شد. نتایج نشان داد که انجماد تحت فشار درصد تخلخل را به میزان % 60 نسبت به ریخته گری ثقلی (تحت بار mpa 0) کاهش داد. با نفوذ دادن مذاب به فوم سرامیکی استحکام فشاری کامپوزیت نسبت به آلیاژ زمینه کاهش یافت که علت این امر تشکیل فاز mgal2o4 غیر یکنواخت و ناهمگن در فصل مشترک (ناشی از واکنش مذاب و آلومینا) و تنش های حرارتی پس ماند فشاری در فصل مشترک (به علت تفاوت ضرایب انبساط حرارتی آلیاژ زمینه و تقویت-کننده ی سرامیکی) تشخیص داده شد. با افزایش دمای آزمون فشار (?c 300)، به علت بزرگ شدن اندازه دانه ها و سیلان آلیاژ در دمای مذکور استحکام آلیاژ بدون تقویت کننده به 20% استحکام فشاری در دمای اتاق کاهش یافت. این درحالی است که انعطاف پذیری افزایش چندانی نیافت (حدود 23%). همچنین به علت آزاد شدن تنش های حرارتی، استحکام کامپوزیت کاهش چشمگیری نسبت به استحکام دمای اتاق پیدا نکرد. با افزایش فشار اعمالی بر مذاب (از mpa 0 تا mpa 100)، به علت کاهش اندازه دانه زمینه و اتصال بهتر آلیاژ و آلومینا استحکام و داکتیلیتی نمونه ها افزایش یافت. همچنین با افزایش دمای ریخته گری استحکام و انعطاف پذیری آلیاژ زمینه و کامپوزیت افزایش پیدا کرد (در حدود 17%). بعلاوه در کامپوزیت مذکور کاهش وزن در اثر سایش نسبت به آلیاژ زمینه کاهش چشمگیری یافت (حدود % 53) که علت این امر می تواند ناشی از سختی ذاتی بالاتر آلومینا باشد. همچنین با اعمال فشار بر مذاب در حین انجماد به علت کاهش اندازه دانه و کاهش قابل ملاحظه تخلخل، نرخ سایش به مراتب کمتر از حالت مشابه ریخته-گری ثقلی شد. سایش چسبان مکانیزم غالب برای آلیاژ (بدون تقویت کننده) و سایش خراشان و تورقی مکانیزم های غالب برای کامپوزیت تشخیص داده شد.

نانوکریستال ها دسته ای از مواد پلی کریستال هستند که اندازه دانه در آن ها کمتر از 100 نانومتر است. به دلیل کوچک شدن اندازه دانه ها در این مواد، کسر اتم های مربوط به مرزدانه ها در مقایسه با پلی کریستال های معمولی به شدت افزایش می یابد. این افزایش در کسر اتمی، سبب ایجاد خواص منحصر به فردی در این دسته از مواد می شود، به طوری که خواص مکانیکی، فیزیکی و ترمودینامیکی این مواد با پلی کریستال های معمولی متفاوت است. خواص ترمودینامیکی یکی از خواص مورد بحث در مواد نانوکریستال است که توجه محققان مختلفی را به خود جلب نموده است. بررسی های انجام شده نشان می دهد که ترمودینامیک کلاسیک، قابلیت توجیه رفتارهای ترمودینامیکی غیرمعمول موجود در نانوکریستال ها را ندارد. برای مثال، افزایش ظرفیت گرمایی ویژه و یا کاهش دمای ذوب و دمای استحاله های آلوتروپیک را نمی تواند پیش بینی نماید. در این تحقیق، برای مطالعه خواص ترمودینامیکی مواد نانوکریستال، دمای استحاله آلوتروپیک عناصر فلزی مورد بررسی قرار گرفت. به همین منظور از مدل کریستال منبسط شده برای بدست آوردن پارامترهای ترمودینامیکی مرزدانه استفاده گردید. سپس با استفاده از روش های معادله حالت (eos) و تقریب دبای شبه هارمونیک (qda)، انرژی آزاد قسمت مرز بر حسب پارامتر حجم اضافی محاسبه شد. نتایج محاسبات نشان داد که روش های مذکور، در دماهای بالا (نزدیک به دمای انجام استحاله) دارای عدم دقت هستند. جهت رفع این مشکل، پارامتر اختلاف انرژی آزاد اضافی برای مرزدانه معرفی گردید و روش های مذکور اصلاح گردیدند. در ادامه با استفاده از این روش ها و فرضیات موجود برای قسمت مرز، تغییرات دمای استحاله در نانوکریستال آهن مبتنی بر روش های eos و qda بر حسب دما رسم و مورد مقایسه قرار گرفتند و مشخص گردید که نتایج حاصل از این روش ها از انطباق قابل قبولی برخوردار می باشند. سپس با استفاده از روش معادله حالت اصلاح شده، دمای استحاله آلوتروپیک در عناصر تیتانیوم و زیرکونیوم نیز بر حسب دما بررسی گردید و نتایج مشابه با نتایج حاصله از نانوکریستال آهن، بدست آمد. به دلیل عدم وجود تجهیزات آزمایشگاهی مناسب، از روش شبیه سازی دینامیک مولکولی برای تایید نتایج بدست آمده استفاده گردید. علاوه بر این، از شبیه سازی دینامیک مولکولی، برای بررسی ساختار مرزدانه در نانوکریستال آهن (جهت پیش بینی دقیق تر ترمودینامیکی) استفاده شد و تغییرات پارامترهای کمی مرز (مانند حجم اضافی و ضخامت مرز) بر حسب اندازه دانه و دما مطالعه شد. نتایج بدست آمده از بررسی ساختار مرز در نانوکریستال آهن نشان داد که مدل کریستال منبسط شده، مدل مناسبی برای مرزدانه در مواد نانوکریستال تعادلی است. در نهایت با استفاده از پارامترهای کمی مرز، فرضیات اولیه اصلاح شده و تغییرات دمای استحاله آلوتروپیک بر حسب دما رسم گردیدند.

به دلیل محدود بودن منابع تامین سوخت فسیلی و نیز مشکلاتی از قبیل آلایندگی محیط زیست، استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر در چند سال اخیر گسترش روزافزونی یافته است. در این بین پیل سوختی پلیمری به عنوان یک منبع تامین انرژی نسبتا ارزان و پاک در کاربردهای حمل و نقل مورد توجه محققین زیادی قرار گرفته است. یک پیل سوختی پلیمری از اجزای متفاوتی تشکیل شده که یکی از اجزای مهم آن، صفحات دوقطبی می باشد و عمدتا از صفحات شیاردار گرافیتی ساخته می شوند. این صفحات، ترد وشکننده بوده و معمولا حدود 80 درصد از وزن کل و 45 درصد از هزینه تمام شده پیل را به خود اختصاص می دهند که لزوم بهینه سازی طراحی و مواد به کاررفته در این جزء را نشان می دهد. از اینرو در سال های اخیر مواد متخلخل فلزی موسوم به فوم فلزی به عنوان جایگزین مناسبی برای این صفحات پیشنهاد شده است. بر این اساس اهداف اصلی پژوهش حاضر عبارتند از: (1) توسعه طراحی ماده متخلخل فلزی با استفاده از شبیه سازی عددی، (2) انتخاب فرایند ساخت و مشخصه یابی آن به منظور جایگزینی صفحات دوقطبی مرسوم در پیل های سوختی پلیمری. در این تحقیق بررسی دو پارامتر درصد تخلخل و اندازه حفرات بر روی پارامتر نفوذپذیری به عنوان مهم ترین خاصیت مواد متخلخل در قابلیت عبور جریان سیال مدنظر قرار گرفت. لذا در قدم اول اثر پارامترهای مذکور بر نفوذپذیری محیط متخلخل بازسازی شده سه بعدی مورد مطالعه و بررسی قرار گرفت. نتایج حاصل از شبیه سازی عددی به کمک روش شبکه بلتزمن به ترتیب نشان از رابطه اکسپونانسیلی پارامتر نفوذپذیری با درصد تخلخل و نیز رابطه توانی آن با اندازه حفرات دارد. همچنین نتایج حاصل از شبیه سازی می تواند به خوبی رابطه تغییرات گرادیان فشاری را بر حسب سرعت ظاهری جریان سیال در هر محیط متخلخل پیش بینی کند. در قدم بعدی با انتخاب فرایند سینترینگ توام با حذف کربنات (lcs) و بهینه سازی برخی پارامترهای آن، ماده متخلخل از جنس مس برای کاربرد موردنظر تولید گردید. نتایج حاصل از آنالیز فازی و نیز بررسی های ریزساختاری فوم تولیدی، نشان از قابلیت بالای فرایند lcs در تولید ماده متخلخل با خواصی از قبیل درصد تخلخل و اندازه حفرات پیش بینی شده در طراحی را دارد. در ادامه خواص مکانیکی فوم تولیدی مورد مطالعه و بررسی قرار گرفت. نتایج نشان از افزایش استحکام خمشی نمونه متخلخل با افزایش چگالی نسبی و نیز کاهش اندازه حفرات دارد. همچنین مطالعه خواص نفوذپذیری، حاکی از نفوذپذیری مناسب، کمتر از m28-10، مواد متخلخل تولیدی به روش lcs جهت کاربرد در پیل سوختی پلیمری می باشد. بر این اساس نمونه فومی با درصد تخلخل حدود 60 درصد و اندازه حفرات حدود 400 میکرون معادل ppi65 به عنوان ماده مناسب جهت جایگزینی صفحات دوقطبی مرسوم در نظر گرفته شد.

در مواد نانوکریستال با کوچک شدن اندازه دانه ها به شدت میزان مرزدانه ها (در مقایسه با مواد پلی کریستال معمولی) افزایش می یابد، بطوری که این امر می تواند بطور قابل ملاحظه ای منجر به تغییر خواص این مواد، بویژه خواص ترمودینامیکی آن ها شود. از این رو بررسی خواص ترمودینامیکی این مواد با استفاده از روابط کلاسیک نمی تواند پاسخگوی بسیاری از رفتار مواد نانوکریستال نظیر کاهش شدید دمای استحاله های فازی در فلزات آلوتروپیک باشد. بدین منظور تئوری های مختلفی در این زمینه مورد بررسی قرار گرفت است که در نهایت منجر به روابط پیچیده ای همچون معادله حالت که مشتمل بر ترمودینامیک مرزدانه ها و پارامتر حجم اضافی است، گردید. اما از آنجا که دقت محاسبات این روابط به شدت وابسته به دقت مقادیر کسر اتمی نواحی مرزدانه و حجم اضافی در مواد نانوکریستال می باشد، لذا بایستی نواحی اتصال سه گانه و چهارگانه موجود در ساختار مرزها در محاسبه این مقادیر مد نظر قرار گیرد. از این رو هدف اصلی این تحقیق محاسبه مقادیر کسر اتمی نواحی مرزدانه ای و حجم اضافی (در فلزات آلوتروپیک نانوکریستال) جهت مطالعه دقیق خواص ترمودینامیکی آن ها می باشد. از طرفی با توجه به این که محاسبه این مقادیر به طریق تجربی کاری است بسیار دشوار (بدلیل عدم وجود امکانات آزمایشگاهی پیشرفته)، از روش شبیه سازی دینامیک مولکولی برای محاسبات لازم در این خصوص استفاده گردید. نتایج حاصل از این روش در نهایت به محاسبه دقیق این مقادیر در دماها و اندازه دانه های مختلف گردید. سپس این نتایج به عنوان ورودی روابط معادله حالت برای بررسی استحاله آلوتروپیک مورد استفاده قرار گرفت و اندازه دانه بحرانی (اندازه دانه بحرانی، اندازه دانه ای است که در آن استحاله آلوتروپیک اتفاق می افتد) در دماهای مختلف محاسبه گردید. اندازه دانه بحرانی برای نانوکریستال آهن در دماهای 500، 700 و 900 درجه کلوین به ترتیب برابر 1/6، 11 و 5/15 نانومتر بدست آمد. این نتایج نشان داد که با محاسبه دقیق کسر اتمی و حجم اضافی نواحی مرزدانه ای مقدار اندازه دانه بحرانی کاهش می-یابد. همچنین در حین انجام محاسبات ترمودینامیکی وجود بعضی از ابهامات باعث گردید صحت روابط معادله حالت نیز بررسی شود. از این رو روابط معادله حالت مورد ارزیابی قرار گرفته و وجود خطاهایی در آن مورد تائید قرار گرفت. از جمله این خطاها می توان به معادلات ناصحیح در رابطه با فشار در مرزدانه، انرژی آزاد بر حسب حجم اضافی، مدول بالک و آنتالپی اشاره کرد. لذا با توجه به روابط معادله حالت، صحت پیش بینی های لازم در رابطه با خواص ترمودینامیکی مواد نانوکریستال، مستلزم رفع این خطاها در این روابط می باشد.

کامپوزیت های زمینه فلزی دسته ای از مواد پیشرفته مهندسی به شمار می روند که به دلیل خواص منحصر بفرد، کاربردهای گوناگونی در صنایع مختلف پیدا نموده اند. این مواد از یک زمینه فلزی و یک فاز تقویت کننده که معمولاً سرامیکی می باشد تشکیل می شوند. از بین فلزات صنعتی متداول، آلومینیم و آلیاژهای آن به دلیل ویژگی هایی همچون نسبت استحکام به وزن بالا و انعطاف پذیری مطلوب، بیشترین کاربرد را به عنوان زمینه کامپوزیت به خود اختصاص داده اند به گونه ای که امروزه کامپوزیت های زمینه آلومینیم با ذرات تقویت کننده متنوعی تولید می شوند. در این پژوهش نوعی کامپوزیت زمینه آلومینیم با ذرات تقویت کننده هیبریدی al2o3/al3ni از طریق فرایند درجا (in situ) در حالت مذاب به روش ریخته گری اغتشاشی تولید شد. به منظور انجام واکنش آ لومینوترمی و تولید ذرات تقویت کننده درجا در زمینه، پودر اکسید نیکل به وسیله گاز خنثی آرگون به مذاب آلومینیم تزریق شد. با استفاده از روابط ترمودینامیکی، دمای واکنش آلومینیم و اکسید نیکل و انرژی اکتیواسیون این واکنش تعیین شد. نتایج آنالیز حرارتی نشان داد که دمای شروع واکنش حدود 670 درجه سانتیگراد می باشد. پس از تزریق پودر به عمق مذاب و هم زدن آن به وسیله همزن مکانیکی به منظور انجام واکنش آلومینوترمی و همگن سازی ذرات تقویت کننده به وجود آمده در مذاب، دوغاب کامپوزیتی حاصل در درون یک قالب فلزی منجمد شد. وقوع واکنش درجا بین ذرات اکسید نیکل و آلومینیم باعث احیاء ذرات اکسید نیکل توسط آلومینیمو آزاد شدن نیکل و به دنبال آن اکسید شدن آلومینیم و تشکیل ذرات آلومینا در زمینه می شود که این ذرات به عنوان ذرات تقویت کننده عمل می کنند. از سوی دیگر نیکل احیاء شده با آلومینیم مذاب واکنش داده و ترکیب بین فلزی al3ni تشکیل می گردد که این فاز نیز نقش تقویت کننده در زمینه را ایفا می نماید. جهت مشخصه یابی نمونه های کامپوزیتی تولیدشده از میکروسکوپ نوری، میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem) و آنالیز ریزساختار به کمک تفرق اشعه ایکس (eds) استفاده شد. پس از بررسی ریزساختار نمونه ها معلوم گردید که ذرات آلومینا در اثر واکنش درجا در زمینه پراکنده شده اند. همچنین تشکیل ذرات تقویت کننده al3ni در مشاهدات میکروسکوپی کاملاً مشخص می باشد. همچنین انجام آزمایش در دمای بالاتر نشان داد که با افزایش دما قابلیت ترشوندگی ذرات توسط مذاب بهبود می یابد. کاهش اندازه ذرات نیز باعث بهبود خواص مکانیکی کامپوزیت حاصل می شود. بررسی خواص مکانیکی نمونه های کامپوزیتی نشان داد که برای تمامی شرایط، استحکام کششی و سختی نمونه های کامپوزیتی نسبت به آلومینیم خالص افزایش و درصد ازدیاد طول آنها کاهش یافت.

آلومینیم به سبب داشتن ظرفیت جریان تئوری نسبتاً بالا(a.hr/kg 2980) از یک طرف و چگالی و قیمت مناسب از طرف دیگر، یک ماده مفید برای ساخت آندهای گالوانیکی یا فداشونده به شمار می رود. با وجود این، در اثر واکنش های خوردگی معمولاًروی سطح آلومینیم خالص، یک لایه اکسیدی محافظ ایجاد می شود که منجر به کاهش پتانسیل مدار بسته آن در آب دریا می گردد و بدین ترتیب قابلیت آن برای حفاظت کاتدی سازه های فولادی از دست می رود. حفاظت کاتدی سکوهای نفتی دور از ساحل و لوله های انتقال نفت و گاز موجود در آب های جمهوری اسلامی ایران نیز مستلزم استفاده از این آندها می باشد. بدین منظور سالیانه چندین میلیون تن آند آلومینیمی وارد می شود. هم اکنون بخش کوچکی از این نیاز توسط کارخانه های داخلی تأمین می شود که گزارش ها حاکی از عدم کیفیت و موثر نبودن آن ها می باشد. در این پژوهش به منظور افزایش کیفیت و عملکرد آندهای آلومینیمی تولید داخل و بی نیاز نمودن کشور از واردات این آندها، به مشخصه یابی یک نوع از این آندهای وارداتی پرداخته شد و با اطلاعات به دست آمده سعی در ارائه ی روشی برای ساخت آندهای عملکرد بالا شد. عملکرد نمونه ها به کمک آزمون الکتروشیمیایی کوتاه مدت تافل و آزمون استاندارد dnv مورد ارزیابی قرار گرفت. ریزساختار و مرفولوژِی خوردگی نمونه ها نیز به وسیله ی میکرسکوپ های نوری و الکترونی بررسی شد. به نظر می رسد که در روش ریخته گری در قالب فلزی، افزودن دو عنصر روی و ایندیم به تنهایی برای تولید آند با عملکرد الکتروشیمیایی قابل قبول کافی نمی باشد و نیاز به حضور عناصر دیگری از جمله سیلیسیم، منیزیم و کلسیم در ترکیب آلیاژی آند می باشد. در پایان، یک آند فداشونده ی آلومینیمی با خواص الکتروشیمیایی مناسب و ترکیب شیمیایی اسمی in %02/0-ca %1/0-mg %1/0-si % 3/0-zn %5/5 -al معرفی شد.

فوم های فلزی به خاطر خواص فیزیکی و مکانیکی منحصربفردشان به شدت مورد توجه قرار گرفته اند. این ساختارها از روش های گوناگونی قابل تولید می باشند که روش گازار یکی از این روش ها بوده و در مقایسه با سایر روش های تجاری معمول امکان کنترل موثر میزان تخلخل، اندازه و جهت گیری حفره را فراهم می کند. استفاده از روش گازار به علت شرایط عملیاتی ویژه و همچنین هزینه بالای تولید بسیار محدود گردیده است. اخیراً تحقیقاتی به منظور ساخت فوم هایی با مشخصات ساختارهای گازار از جنس فلزات گوناگون با استفاده از روش تجزیه حرارتی انجام شده است. با توجه به پتانسیل کاربردی فلز منیزیم در صنایع مختلف، در این پژوهش ساخت فوم گازار منیزیمی با استفاده از تجزیه حرارتی دو نوع الیاف پلیمری به نام های ویسکوزریون با فرمول مولکولی c6h10o5 و پلی پروپیلن با ترکیب شیمیایی c3h6 در فشار اتمسفر مورد مطالعه قرار گرفت. شناسایی عوامل فوم زای انتخابی از نظر ترکیب شیمیایی، روند تجزیه در اثر افزایش دما و همچنین آنالیز گازهای حاصل از تجزیه در اتمسفرهای محیط و آرگون به کمک آزمون های پراش پرتو ایکس (xrd)، آنالیز حرارتی (dta و tg) و طیف سنجی مادون قرمز (ft- ir) صورت گرفت. در این روش، تشکیل حفره در اثر انحلال هیدروژن حاصل از تجزیه حرارتی عوامل فوم زای پلیمری در منیزیم به صورت موثر اتفاق می افتد. تأثیر مقدار عامل فوم زا بر ساختار فوم های ایجاد شده از نظر میزان تخلخل و قطر متوسط حفره با استفاده از نرم افزار آنالیز تصویری (clemex) مورد بررسی قرار گرفت. با افزایش مقدار عامل فوم زا درصد تخلخل ابتدا تا یک حد ماکزیمم افزایش یافته ولی پس از آن بهبودی مشاهده نگردید که علت آن عدم تغییر میزان حلالیت هیدروژن در فاز مذاب بیش از یک مقدار مشخص می باشد. قطر متوسط حفره در اثر افزایش مقدار عامل فوم زا چندان تغییر نکرده و دارای مقادیر نسبتاً ثابتی است. بالاترین میزان تخلخل ایجاد شده با استفاده از الیاف ویسکوزریون حدود52% و این مقدار برای الیاف پلی پروپیلن در حدود 23% می باشد که بالاتر بودن میزان تخلخل ایجاد شده در اثر استفاده از الیاف ویسکوزریون به علت تشکیل سرباره ویسکوز بر روی سطح مذاب است. در اثر تشکیل سرباره، فشار جزئی گاز در مذاب افزایش یافته و در نتیجه منجربه افزایش میزان انحلال گاز می گردد و به این ترتیب تولید ساختارهایی با میزان تخلخل بیشتر ممکن خواهد بود. اما در فرایند ساخت فوم با استفاده از الیاف پلی پروپیلن به دلیل عدم تشکیل سرباره موثر بر روی سطح مذاب هیچ عاملی برای جلوگیری از فرار گاز از مذاب وجود نداشته و میزان تخلخل کاهش خواهد یافت. بنابراین این نتیجه به دست می آید که فرایند ساخت فوم با استفاده از الیاف ویسکوزریون امکان تولید مقادیر بیشتر تخلخل نسبت به روش استفاده از الیاف پلی پروپیلن را فراهم می آورد.

آلومینیم و آلیاژهای آن پس از فولاد پرمصرف ترین آلیاژهای فلزی هستند. آلیاژ آلومینیم 5086 دارای ویژگی هایی از جمله عدم قابلیت عملیات حرارتی سختی رسوبی، قیمت پایین، استحکام به وزن نسبتا بالا، مقاومت به خستگی بالا، مقاومت به خوردگی عالی در برابر آب شور، شکل پذیری خوب و جوش پذیری مناسب می باشد. مهمترین ویژگی فرایندهای تغییر شکل شدید پلاستیکی، اعمال کرنش بسیار زیاد به قطعه بدون ایجاد تغییر در سطح مقطع آن می باشد. در میان این فرایندها روش اکستروژن در کانال های هم مقطع زاویه دار به دلیل قابلیت تولید قطعه و امکان تولید تجاری و صنعتی بیشتر از سایر روش ها مورد توجه قرار گرفته است. در این پژوهش، فرایند ecap بر روی آلیاژ آلومینیم 5086 تا 10 عبور در دمای 150 درجه سانتی گراد در دو مسیر چرخش a و bc و در قالب با زاویه 120 درجه انجام شد. به منظور ارزیابی خواص مکانیکی نمونه های این آلیاژ از آزمون های کشش تک محوری و سختی سنجی استفاده شد. سطح شکست نمونه های کشش توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem) مورد بررسی قرار گرفت. بافت نمونه ها به کمک دستگاه پراش پرتو ایکس (xrd) و مقایسه نتایج الگوی پراش نمونه ها و محاسبه پارامتر بافت ارزیابی شد. ریزساختار نمونه ها با تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی مجهز به سیستم ebsd ارزیابی شد. نتایج حاکی از آن بود که سختی نمونه ها در عبورهای اولیه از فرایند در هر دو مسیر با افزایش قابل توجهی (از 62 ویکرز به 107 ویکرز با 2 مرتبه عبور از مسیر bc) روبه رو بودند و در ادامه با افزایش تعداد عبور، نرخ افزایش سختی کم شد و در مقطعی نیز در مسیر a سختی کاهش یافت. استحکام کششی نمونه ها (از mpa 267 به mpa 316 با 2 مرتبه عبور از مسیر bc) نیز روندی مشابه سختی داشت، گرچه نوسانات آن در عبورهای بالاتر بیشتر بود. درصد ازدیاد طول نمونه ها با عبور اول از فرایند با کاهش چشمگیری روبه رو شد به طوریکه از 7/34 درصد به 4/22 درصد رسید و در ادامه نرخ کاهش درصد ازدیاد طول کم شد. تصاویر سطح شکست نمونه های کشش نشان دهنده افزایش تعداد حفره ها و در نتیجه ریز شدن آن ها متناسب با افزایش تعداد عبور است. مطالعات بافت در نمونه ها نشان داد که صفحات (220) بافت غالب نمونه های ecap شده را تشکیل داده اند، گرچه بافت غالب نمونه اولیه صفحات (111) و (311) بوده است. تصاویر ریزساختار بیانگر این بود که اندازه دانه از حدود 20 میکرون در نمونه اولیه به کمتر از یک میکرون در نمونه 6 مرتبه عبور داده شده از قالب در مسیر bc رسیده است. ریز شدن دانه ها با تئوری تفکیک دانه ها و شکل گیری مرزهای با زاویه زیاد و همچنین پدیده بازیابی و تبلور مجدد دینامیکی قابل توجیه می باشد. به نظر می رسد با توجه به نتایج، نمونه 4 مرتبه عبور داده شده از قالب در مسیر bc با سختی 111 ویکرز و استحکام کششی 337 مگاپاسکال و درصد ازدیاد طول 21 درصد بهترین نتایج خواص مکانیکی و ریزساختار را دارد. در این نمونه با توجه به افزایش سختی و استحکام، درصد ازدیاد طول در حد مناسبی است که منطبق با هدف اصلی این پروژه یعنی افزایش استحکام آلیاژ با جلوگیری از کاهش زیاد انعطاف پذیری نسبت به روش های دیگر شکل دهی می باشد.

ترکیب بین فلزی ni3al به دلیل خواص ویژه ای که در دماهای بالا از خود نشان می دهد، به طور وسیعی مورد بررسی قرار گرفته است. یکی از روش های جدید برای تولید این ترکیب، فرایند سنتز احتراقی می باشد. سرعت بالای انجام واکنش، مصرف انرژی پایین و تولید محصول با خلوص بالا از مشخصه های اصلی این روش است. به علت سرعت بالای واکنش سنتز احتراقی، درک مکانیزم و سینتیک واکنش برای کنترل فرایند و تولید محصول با خواص مورد نظر بسیار حائز اهمیت می باشد. از این رو در این تحقیق سنتز احتراقی ترکیب بین فلزی ni3al از مخلوط پودری نیکل و آلومینیم با نسبت استوکیومتری ni-al3 در حالت احتراق خود پیش رونده مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور با استفاده از مطالعات میکروسکوپی و آنالیز فازی و همچنین بررسی اثر پارامترهای موثر بر فرایند، مسیر و مکانیزم مشخصی برای واکنش تشکیل ترکیب ni3al طی فرایند سنتز احتراقی ارائه شد. پس از اشتعال نمونه با استفاده از شعله اکسی استیلن و پیشرفت جبهه احتراق در طول آن، جهت توقف واکنش، نمونه در نیتروژن مایع کوئنچ شد. سیر تکاملی تبدیل مواد اولیه به محصولات در نمونه کوئنچ شده از نظر ریز ساختاری با استفاده از میکروسکوپ الکترونی (sem) و آنالیز عنصری (eds) انجام شد. همچنین آنالیز فازی لایه به لایه نمونه کوئنچ شده با استفاده از الگوی پراش پرتو ایکس (xrd) انجام گرفت. جهت بررسی صحت مکانیزم پیشنهادی آزمون های تکمیلی آنالیز حرارتی (sta) بر روی مخلوط های پودری در شرایط مختلف انجام شد. مشاهده شد واکنش تشکیل ترکیب ni3al طی فرایند سنتز احتراقی به دو صورت جامد-مذاب و جامد-جامد بر اساس مکانیزم انحلال و رسوب انجام می شود. در واکنش جامد-مذاب مسیر انجام واکنش شامل انحلال نیکل در مذاب آلومینیم و رسوب ni3al از محلول فوق اشباع مذاب al(ni) و تشکیل ترکیب nial می باشد. در حالی که در واکنش جامد-جامد مسیر انجام واکنش شامل تشکیل محلول جامد ni(al) و سپس تشکیل ترکیب ni3al از محلول فوق اشباع جامد می باشد. با افزایش فصل مشترک ذرات پودری با یکدیگر واکنش سنتز احتراقی ni3al در حالت جامد-جامد انجام می گردد، به طوری که پس از 40 ساعت آسیاکاری مخلوط پودری، دمای شروع واکنش ازcº620 در حالت جامد-مذاب بهcº 327 کاهش یافته و واکنش در حالت جامد-جامد انجام می شود. در هر دو مسیر انجام واکنش، نفوذ مهم ترین عامل کنترل کننده سینتیک واکنش تشکیل ترکیب ni3al می باشد.

در این پروژه دیفیوژن مولکولی گاز در لوله های موئینه و جامدات متخلخل با استفاده از شبیه سازی کامپیوتری مورد مطالعه قرار گرفته است . یک لولهء موئینه و جامد متخلخل بصورت مجموعه ای از لوله های موئینه و نحوهء حرکت ذرات گاز در اینگونه محیط ها بکمک کامپیوتر شبیه سازی شده و پارامترهای موثر بر دیفیوژن در چنین محیط هایی با استفاده از نتایج حاصل از شبیه سازی مورد بررسی قرار گرفته است . یافتن پارامترهای موثر بر دیفیوژن در محیطهای مذکور از طریق یافتن کسر عبور کردهء گاز از محیطها میسر گردید. این کسرعبارتست از نسبت تعداد ذرات دیفیوژن کرده در حالت یکنواخت به کل تعداد ذراتی که به محیط موردنظر برخورد می کنند یا به درون آن راه می یابند . دراین مورد نتایج شبیه سازی نشان داد که در یک کسر تخلخلی مشخص نه تنها کسر عبور کردهء گاز با کاهش شعاع لوله(r) و افزایش طول آن (l) کم میشود بلکه این کسر در یک r/l ثابت مقدار ثابتی است بعبارت دیگر این کمیت علاوه بر میزان تخلخل، تابع r/l می باشد. همچنین هنگامیکه کسر عبور کرده با استفاده از ضریب دیفیوژن در طولهای خیلی زیاد که قبلا" بطور آنالیتیکی بدست آمده است ، یافت شدو با کسر عبور کرده حاصل از شبیه سازی مقایسه گردید، ملاحظه شد که این دو مقدار در محدودهء تقریبی l>3r به یکدیگر بسیار نزدیک می باشند. یکی دیگر از مزایای یافتن کسر عبور کرده حصول فلاکس دیفیوژنی گاز بدون اطلاع از شیب غلظت است که یافتن آن بخصوص در طولهای کم لوله نسبت به شعاع آن امر ساده ای نیست . همچنین نتایج مربوط به کسر عبور کردهء گاز در مورد چندین جامد متخلخل با خلل و فرج استوانه ای شکل که استوانه ها دارای شعاع یکسان نیستند مورد بررسی قرار گرفت و ملاحظه شد که نه تنها درمحدودهء l>3r max این نتایج با تحقیقات قبلی توافق خوبی دارند بلکه هنگامیکه این جامدات بر اساس جایگزینی به روش " مدل تخلخل موازی " عوض می شوند، نتایج مربوط به جامد مورد نظر و نتایج مربوط به جامد جایگزین شده بسیار به یکدیگر نزدیک است . از این موضوع این نتیجه قابل حصول است که در مورد جامدات متخلخلی که دارای توزیعی از اندازهء تخلخلی می باشند، جایگزینی جامد بصورت مدل تخلخل موازی رضایتبخش خواهد بود. در مورد یک لولهء موئینه چنین یافت شد که اولا" اکثر برخوردهای ذرات با دیوارهء لوله درنیمهء اول آن رخ می دهد و ثانیا" با کاهش نسبت شاع لوله به طول آن نه تنها تعداد برخورد ذرات با دیوارهء لوله افزایش می یابد بلکه یک نقطهء ماکزیمم در منحنی مربوط به توزیع برخوردها در نواحی مختلف لوله رخ می دهد.