مکانیزم تشکیل نانوکامپوزیت fa,ti)3al-al2o3)با روش آلیاژسازی مکانیکی

ترکیب بین فلزی fe3al دارای خواص مطلوبی نظیر سختی بالا، نقطه ذوب بالا، چگالی نسبتاً پایین، خواص خوردگی و اکسیداسیون دمای بالای مطلوب و استحکام تسلیم مناسب تا دمای 600 درجه سانتیگراد می باشد. مشکلات اساسی این ترکیب تردی شدید در دمای محیط، مقاومت خزشی پایین در دمای بالا و همچنین افت استحکام در دمای های بالای 600 درجه سانتیگراد می باشد. این مشکلات را می توان تا حد زیادی از طریق افزودن عنصر آلیاژی سوم مانند تیتانیوم به ساختار این ترکیب، کاهش اندازه دانه ها تا ابعاد نانومتری و توزیع یکنواخت ذرات ریز فاز ثانویه در زمینه برطرف نمود. هدف از انجام این پژوهش تولید نانوکامپوزیت (fe,ti)3al-al2o3 با روش آلیاژسازی مکانیکی می باشد. بدین منظور در ابتدا ترکیب بین فلزی (fe,ti)3al تولید و اثر حضور تیتانیوم بر روی رفتار آلیاژسازی مخلوط پودر آهن-آلومینیوم بررسی گردید. همچنین ترمودینامیک انحلال در سیستم fe-al-ti توسط مدل مدیمای توسعه یافته برای سیستم های سه تایی بطور مختصر مورد بررسی قرار گرفت. در مرحله بعد نانوکامپوزیت (fe,ti)3al-al2o3 از دو مسیر احیای اکسید تیتانیوم (tio2) و اکسید آهن (fe2o3) تولید گردید. بدین منظور مخلوط های پودری fe-al-tio2، al-ti-fe2o3 و fe-al-ti-fe2o3 آلیاژسازی شدند. در نهایت سینتیک واکنش احیای هماتیت توسط آلومینیوم با استفاده از روش بدون مدل کسینجر بررسی گردید. جهت مشخصه یابی ذرات پودر تولیدی از آنالیزهای پراش پرتو ایکس (xrd)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem)، ریزسختی سنجی و آنالیز حرارتی (dta) استفاده شد. آلیاژسازی مخلوط پودر آهن، آلومینیوم و تیتانیوم با نسبت استوکیومتری fe50al25ti25 در ابتدا منجر به تشکیل محلول جامد fe(al,ti) و در ادامه ترکیب بین فلزی (fe,ti)3al با ساختار do3 نامنظم و اندازه دانه 12 نانومتر پس از 100 ساعت شد. عملیات حرارتی این ترکیب در دمای 550 درجه سانتیگراد و به مدت 1 ساعت باعث تبدیل ساختار نامنظم این ترکیب به ساختار منظم گردید. بررسی ترمودینامیک انحلال در سیستم fe-al-ti نشان داد که افزودن تیتانیوم به ترکیب fe3al باعث کاهش انرژی آزاد گیبس این ترکیب به میزان دو برابر و پایدارتر شدن این ترکیب می شود. آلیاژسازی مخلوط پودر fe-al-tio2 منجر به تشکیل نانوکامپوزیت (fe,ti)3al-al2o3 از طریق واکنش احیای تدریجی اکسید تیتانیوم توسط آلومینیوم می شود. واکنش تشکیل این نانوکامپوزیت در دو مرحله، ابتدا احیای tio2 توسط آلومینیوم و سپس تشکیل ترکیب (fe,ti)3al انجام می شود. محصولات این واکنش فازهای (fe,ti)3al نامنظم و al2o3 آمورف می باشند. با عملیات حرارتی این ترکیب در دمای 900 درجه سانتیگراد و به مدت 1 ساعت فاز al2o3 متبلور و درجه نظم ترکیب (fe,ti)3al افزایش می یابد. با آلیاژسازی مخلوط استوکیومتری al-ti-fe2o3 نانوکامپوزیت (fe,ti)3al-al2o3 بعد از 5 ساعت آلیاژسازی تولید گردید. واکنش احیای هماتیت توسط آلومینیوم در این سیستم بصورت احتراقی خود پیشرونده انجام و منجر به ایجاد فازهای (fe,ti)3al منظم و al2o3 بلوری می شود. افزایش زمان آلیاژسازی منجر به نامنظم شدن ترکیب (fe,ti)3al گردید. بررسی سینتیک انجام واکنش احیای هماتیت توسط آلومینیوم در این سیستم نشان داد که تغییر در مسیر و مکانیزم انجام واکنش باعث افزایش انرژی اکتیواسیون واکنش احیای هماتیت توسط آلومینیوم با افزایش زمان آسیاب کاری گردید. آلیاژسازی مکانیکی مخلوط پودر غیر استوکیومتری fe-al-ti-fe2o3 باعث تشکیل نانوکامپوزیت (fe,ti)3al-al2o3 از طریق واکنش احیای تدریجی هماتیت توسط آلومینیوم می شود. محصولات این واکنش ترکیب (fe,ti)3al نامنظم و اکسید آلومینیوم آمورف می باشند. عملیات حرارتی ترکیب نهایی منجر به تبلور فاز اکسید آلومینیوم و منظم شدن ترکیب (fe,ti)3al شد.