تولید ترکیب بین فلزی feal به روش واکنش های جامد-مذاب

یکی از مهمترین گروه های جایگزین برای سوپرآلیاژها، می توان به آلومینایدهای آهن اشاره کرد، که در بین آنها ترکیب بین فلزی feal از اهمیت ویژه ای در کاربردهای حساس و استراتژیک برخوردار است. از عمده ترین روش های تولید این ترکیب، می توان به روش تولید در فاز جامد که به لحاظ سینتیکی دارای سرعت تشکیل پایینی می باشد، اشاره کرد. در این رابطه بکارگیری فرایند آلیاژسازی مکانیکی، قبل از اعمال فرایند عملیات حرارتی، توانسته است، سرعت تشکیل این ترکیب را بطور محسوسی افزایش دهد. لذا هدف اصلی از این تحقیق بررسی اثر بکارگیری دو عامل فعال سازی مکانیکی و فعال سازی حرارتی، بطور هم زمان، با استفاده از آسیای دمای بالا، روی تشکیل ترکیب بین فلزی feal، و مکانیزم تشکیل آن می باشد. در این تحقیق پودرهای خالص آهن و آلومینیوم به نسبت استوکیومتری در دامنه تشکیل ترکیب بین فلزی feal مخلوط شده و به همراه گلوله های فولادی(به نسبت 20 به 1) درون محفظه آسیای طراحی شده، تحت اتمسفر گاز آرگون، قرار گرفتند. در مرحله اول پس از تنظیم پارامترهای آسیا، نمونه های مخلوط پودری در زمان های مختلف (3 تا 9 ساعت) و در دمای 700 و ℃800 (دمایی بین نقطه ذوب آلومینیوم و آهن) تحت فرایند آسیاکاری داغ قرار گرفتند. در این دما فاز واکنش گر (al) بصورت فاز مذاب در کنار فاز واکنش دهنده (fe) بصورت فاز جامد، در شرایط آسیاکاری قرار می گیرند. جهت بررسی اثرات دما و زمان از نمونه های آماده شده، آزمون های xrd، sem و edax به عمل آمد. در مرحله دوم بمنظور بررسی مکانیزم تشکیل ترکیب مذکور، نمونه های پودری تحت آزمون های تکمیلی نظیر آنالیز حرارتی dta(با سرعت گرم کردن ℃10/minو تحت اتمسفر آرگون)، آزمایش هم دما (در دمای ℃700 و تحت اتمسفر آرگون) و سنتز احتراقی (روی مخلوط پودری فشرده شده بصورت استوانه ای) قرارگرفتند. نتایج حاصل از این پژوهش نشان داد، ترکیب بین فلزی feal با اعمال 6 ساعت آسیاکاری روی مخلوط پودری fe-al (به نسبت مولی 1 =fe/al) در دمای ℃ 800 بصورت یکنواخت(تک فاز) به دست می آید. همچنین بررسی های انجام گرفته روی نحوه شکل گیری این ترکیب نشان داد که مکانیزم تشکیل آن شامل دو مرحله اصلی می باشد. مرحله اول مشتمل بر واکنش بین آلومینیوم مذاب و آهن جامد و تشکیل ترکیب بین فلزی fe2al5 و مرحله دوم شامل فرایند نفوذ آهن و آلومینیوم در ترکیب fe2al5 و تشکیل ترکیب بین فلزی feal می باشد. در پایان مشخص گردید که فرایند نفوذ، مهمترین عامل کنترل کننده سرعت تشکیل ترکیب بین فلزی feal پس از واکنش اولیه می باشد.