توسعه آلیاژهای آمورف- نانوکریستال پایه آلومینیوم و بررسی مکانیزم تشکیل آن

هدف از انجام این پژوهش توسعه آلیاژهای آمورف زمینه آلومینیوم به منظور دستیابی به آلیاژهایی با پایداری حرارتی مناسب جهت استفاده در مرحله تولید قطعه می باشد. در راستای دستیابی به این هدف، در ابتدا با استفاده از مدل های ترمودینامیکی و اطلاعات موجود در مراجع، سیستم آلیاژی آلومینیوم- آهن به عنوان مناسب ترین سیستم با بالاترین توانایی تشکیل و پایداری حرارتی مناسب انتخاب شد. علاوه بر این، بنابر مطالعات انجام گرفته، مشخص شد که عناصری همچون تیتانیم، نیکل و نیوبیم می توانند گزینه های مناسبی به منظور استفاده در بهینه سازی آلیاژ باشند. در این پژوهش به منظور تولید فاز آمورف از تجهیزات آسیاب کاری و در برخی موارد تجهیزات ذوب ریسی و در جهت بررسی توانایی تشکیل، پایداری حرارتی، سینتیک و مکانیزم تبلور فاز آمورف در سیستم های آلیاژی مختلف، از تجهیزات پراش پرتو ایکس، تجهیزات آنالیز حرارتی، میکروسکوپ الکترونی عبوری با قدرت تفکیک بالا بهره گرفته شد. علاوه بر این به منظور فشرده سازی ذرات پودر آمورف از فرایندهای پرس گرم و سینترینگ پلاسمایی- جرقه ای استفاده شد. مطالعات انجام گرفته حاکی از آن است که با انجام فرایند آسیاب کاری در مورد آلیاژهای al80fe20، al80fe10ti10، al80fe10ni10 و al80fe10nb10، تنها در سیستم های آلیاژی شامل تیتانیم و نیکل امکان تولید فاز آمورف وجود دارد و تولید فاز آمورف در آلیاژهای al80fe20 و al80fe10nb10 به دلیل تشکیل ترکیبات بین فلزی شبه پایدار در حین فرایند، امکان پذیر نیست. بعلاوه مشخص شد که روند تغییرات فازی در راستای دستیابی به فاز آمورف در سیستم های آلیاژی شامل نیکل و تیتانیم متفاوت است. در این رابطه مکانیزم و سینتیک تبلور فاز آمورف در این دو آلیاژ بررسی شد. نتایج حاصل نشان داد که دما و انرژی اکتیواسیون تبلور در مورد آلیاژهای انتخابی به ترتیب به حدود 900 درجه سانتی گراد و 300 کیلوژول بر مول می رسد که بسیار بالاتر از مقادیر مربوط به دیگر آلیاژهای آمورف زمینه آلومینیوم بوده و نشان از پایداری حرارتی فوق العاده این آلیاژها دارد. در ادامه مسیر بهینه سازی آلیاژ تأثیر حضور همزمان نیکل و تیتانیم در تشکیل و پایداری حرارتی فاز آمورف در آلیاژ al80fe10ti5ni5 مورد مطالعه قرار گرفت. در این مورد نیز نتایج نشان داد که مشابه آلیاژهای سه جزئی حاوی نیکل و تیتانیم، در آلیاژ چهارجزئی al80fe10ti5ni5 نیز امکان تشکیل فاز آمورف با استفاده از فرایند آسیاب کاری وجود دارد. با وجودی که حضور همزمان تیتانیم و نیکل در آلیاژ، تأثیری در محصول نهایی حاصل از فرایند آسیاب کاری نداشته است، روند دستیابی به فاز آمورف طی فرایند و همچنین پایداری حرارتی فاز آمورف در حضور این دو عنصر به شدت تحت تأثیر قرار گرفته است. در این مورد دما و انرژی اکتیواسیون تبلور به ترتیب برابر 950 درجه سانتی گراد و 540 کیلوژول بر مول بدست آمد که بسیار بالاتر از مقادیر مربوط به آلیاژهای سه جزئی است. بعلاوه مشخص شد با انجام فرایند سینترینگ پلاسمایی- جرقه ای در مدت زمان 10 دقیقه در دمای 550 درجه سانتی گراد و فشار600 مگاپاسکال در آلیاژ al80fe10ti5ni5، امکان حصول نمونه بالکی با فشردگی کامل وجود دارد. در این مورد ساختار حاصل شامل رسوباتی از ترکیب بین فلزی alti در زمینه فاز آمورف می باشد.