ساخت و بررسی مکانیزم تشکیل نانوکامپوزیت fe,cr)3al-al2o3) با روش آلیاژسازی مکانیکی

در میان ترکیبات بین فلزی، آلومینایدهای آهن، به دلیل داشتن نسبت استحکام به وزن بالا، مقاومت سایشی مناسب، سختی بالا، نقطه ذوب بالا، مقاومت به خوردگی واکسیداسیون مناسب و ارزان بودن مواد اولیه، موقعیت ویژه ای دارند. از محدودیت های اصلی آلومینایدهای آهن، می توان به انعطاف پذیری کم در دماهای پائین و کاهش استحکام و مقاومت خزشی، در دماهای بالاتر ازc°600 اشاره نمود. این معایب را می توان تا حد زیادی از طریق کاهش اندازه دانه ها تا حد نانومتر و استفاده از ذرات تقویت کننده به عنوان فاز ثانویه و ایجاد ساختار کامپوزیتی برطرف نمود. علاوه بر آن افزودن عنصر آلیاژی سوم نظیر کرم نیز می تواند نقش بسزایی را در بهبود خواص این ترکیبات ایفا کند. بنابراین استفاده همزمان از هر سه عامل یعنی افزودن عنصر آلیاژی سوم، کاهش اندازه دانه ها تا ابعاد نانومتری و ایجاد ساختار کامپوزیتی منجر به ارتقا چشمگیر خواص آلومینایدهای آهن می شود. در این پژوهش هدف ساخت و بررسی مکانیزم تشکیل نانوکامپوزیت، با زمینه ترکیب بین فلزی (fe,cr)3al حاوی فاز تقویت کننده al2o3، می باشد. به منظور بررسی تغییرات فازی و مطالعات ریزساختاری، از آزمون های پراش پرتو ایکس(xrd)، میکروسکوپ الکترونی روبشیsem))، آنالیز حرارتی افتراقیdta))، میکروسکوپ الکترونی عبوریtem)) و ریز سختی سنجی استفاده شد. بدین منظور در ابتدا، نحوه تشکیل ترکیب بین فلزی (fe,cr)3al با آلیاژسازی مکانیکی مخلوط پودری آهن، کرم و آلومینیوم بررسی شد. نتایج حاکی از این است که در مراحل ابتدایی آسیابکاری مخلوط پودری fe50cr25al25، یک ساختار لایه ای متشکل از لایه های متناوب fe/cr/al تشکیل می شود که این ساختار با گذشت زمان آسیابکاری به محلول جامد fe(cr,al) تبدیل می شود و در ادامه فرآیند آسیابکاری، این ساختار به ترکیب بین فلزی (fe,cr)3al نانوساختارتبدیل می شود. در مرحله بعد، ساخت نانوکامپوزیت al2o3- (fe,cr)3al، در طی یک واکنش مکانوشیمیایی در حین فرآیند آلیاژسازی مکانیکی واز دو مسیر مختلف(احیای اکسید کرم واحیای هماتیت توسط آلومینیوم) مورد بررسی قرار گرفت. در حین آلیاژسازی مکانیکی مخلوط پودری fe-al-cr2o3، آلومینیوم با اکسید کرم به صورت تدریجی واکنش داده و فازهای کرم و آلومینا تشکیل می شوند. سپس به طور همزمان کرم احیا شده به همراه آلومینیوم اضافی در شبکه آهن حل شده و محلول جامد fe(cr,al) تشکیل می شود. افزایش زمان آسیابکاری، منجر به تبدیل محلول جامدfe(cr,al) به ترکیب بین فلزی (fe,cr)3al نامنظم می شود. در سیستم آلیاژیcr-al-fe2o3، گرمای ناشی از واکنش ترمیت، بلافاصله پس از وقوع واکنش، منجر به شکل گیری فازهایfe(cr,al) و al2o3کریستالی می شود. این در حالیست که افزایش زمان آسیابکاری تا 10 ساعت منجر به تشکیل فاز (fe,cr)3al نانوساختار می شود. به منظور کاهش درصد حجمی فاز تقویت کننده در محصول نهایی از دو روش مختلف (آسیابکاری مخلوط پودری fe-al-cr-cr2o3و fe-al-cr-fe2o3)، پودر نانوکامپوزیتی (fe,cr)3al-20vol%al2o3، ساخته شد. در ادامه فشرده سازی ذرات نانوکامپوزیتی (fe,cr)3al-20vol%al2o3، حاصل از آسیابکاری مخلوط پودری fe-al-cr-fe2o3 توسط تجهیزات پرس ایزواستاتیک سرد و سینترینگ در دمایc°1400و به مدت یک ساعت انجام شد. ریزساختار قطعه سینتر شده دارای ساختار شبکه ای به هم پیوسته و یکنواختی از فازهای (fe,cr)3al وal2o3 می باشد. همچنین مقادیر ریزسختی محصول نهایی در مقایسه با کامپوزیت هایی با درصد حجمی مشابه از فازal2o3، به خاطر ریز ساختار حاصل از فرآیند مکانوشیمیایی به مراتب بیشتر است.