ساخت نانوکامپوزیتهای nb-al/al2o3 به روش آلیازسازی مکانیکی و بررسی ترمودینامیک و سینتیک تشکیل آنها

آلومینایدهای نیوبیوم به خاطر داشتن نقطه ذوب بالا، مدول الاستیک بالا و دانسیته بسیار پایین تر نسبت به سوپرآلیاژهای پایه نیکل انتخابی بسیار مناسب برای ساخت قطعات دما بالا می باشند. با وجود مزایای بسیار زیاد، این ترکیبات دارای نقاط ضعفی همچون انعطاف پذیری پایین در دمای محیط و مقاومت به اکسیداسیون نامناسب در دماهای بالای 700 درجه سانتیگراد می باشند. از این رو، برای بالا بردن انعطاف پذیری این ترکیبات، می بایستی راه کار مناسبی در نظر گرفت. مشخص شده است که ساخت کامپوزیت های زمینه بین فلزی و کاهش اندازه دانه ها تا ابعاد نانومتری سبب می شود تا انعطاف پذیری این ترکیبات به طور چشمگیری افزایش پیدا کند. هدف از انجام این پژوهش، تولید نانوکامپوزیت هایی با زمینه آلومینایدهای نیوبیوم توسط روش آلیاژسازی مکانیکی می باشد. در مرحله اول، مخلوط های پودری nb75al25 و nb25al75 به منظور تولید ترکیبات بین فلزی nbal3 و nb3al تحت عملیات آلیاژسازی مکانیکی قرار گرفتند و پس از آن با استفاده از مدل نیمه تجربی مدیما به مطالعه ترمودینامیکی تشکیل فازهای آمورف و محلول جامد در سیستم دوتایی nb-al پرداخته شد. در مرحله دوم، نانوکامپوزیت های nb-al/al2o3 توسط واکنش مکانوشیمیایی بین آلومینیوم و nb2o5 تولید گردیدند. برای به دست آوردن انرژی اکتیواسیون نیز، روش های بدون مدل فریدمن، کیسینجر-آکاهیرا-سونوس، تانگ، استارینک و فلین-وال-اوزاوا به کار گرفته شد. نتایج حاکی از آنست که آسیابکاری مخلوط پودری nb25al75 منجر به تشکیل محلول جامد nb(al) و متعاقبا تشکیل ترکیب بین فلزی nbal3 پس از 6 ساعت آسیابکاری می گردد. همچنین مشخص گردید که آسیابکاری مخلوط پودری nb75al25 به مدت 8 ساعت، منجر به تشکیل فاز آمورف می شود و در زمان های طولانی تر آسیابکاری نیز، ترکیب بین فلزی nb3al از این مخلوط پودری تولید نمی شود.بنابر نتایج به دست آمده مشخص گردید که واکنش میان آلومینیوم و nb2o5 در ترکیب nb2o5/49%wtal پس از حدود 450 دقیقه آسیابکاری و به صورت احتراقی رخ می دهد. مشاهدات میکروسکوپ الکترونی عبوری نشان داد که محصول این واکنش پس از ادامه آسیابکاری به مدت 15 ساعت دارای ترکیبی به صورت زمینه nbal3 و ذرات نانومتری al2o3 پراکنده در زمینه می باشد. نتایج آنالیز حرارتی نیز حاکی از آنست که در حین حرارت دهی مخلوط آسیاب نشده nb2o5/49%wtal، کامپوزیت nbal3/al2o3 در دو مرحله تشکیل می گردد. مرحله اول مربوط به واکنش گرمازای احیای nb2o5 است که در دمای 839 درجه سانتیگراد رخ داده و واکنش دوم مربوط به تشکیل nbal3 بوده ودر دمای 944 درجه سانتیگراد اتفاق می افتد. با استفاده از روش کیسینجر-آکاهیرا-سونوس، انرژی اکتیواسیون برای مراحل اول و دوم به ترتیب 12/420 و 15/290 کیلوژول بر مول به دست آمد. فعالسازی مکانیکی مخلوط پودری nb2o5/49%wtal به مدت 5 ساعت سبب گردید تا دمای تشکیل کامپوزیت nbal3/al2o3 از این مخلوط پودری، از دمای 944 درجه سانتیگراد به دمای 625 درجه سانتیگراد کاهش یابد و دو مرحله تشکیل این ترکیب، به صورت همزمان رخ دهد. انرژی اکتیواسیون تشکیل کامپوزیت nbal3/al2o3 از مخلوط پودری nb2o5/49%wtal که به مدت 5 ساعت فعالسازی شده، در حدود 7/325 کیلوژول برمول توسط روش کیسینجر-آکاهیرا-سونوس تخمین زده شد.