ارزیابی نقش عناصر لانتانیم و اربیم بر ریزساختار، رفتار فشاری دمای بالا و اکسیداسیون آلیاژ آلومیناید تیتانیم بتا

آلیاژهای آلومیناید تیتانیم با توجه به نسبت استحکام به وزن بالا، مقاومت اکسیداسیون مطلوب و حفظ استحکام تا دمای بالا، قابلیت مناسبی برای کاربرد در دمای بالا یافته اند. با توسعة نسل سوم آلیاژهای آلومیناید تیتانیم و حل مشکل کارپذیری، در سالهای اخیر، تحقیقات در حوزة بهبود خواص آلیاژهای مذکور متمرکز شده است. در این تحقیق اثر اضافه شدن عناصر خاکی کمیاب (la) و اربیم (er) بر استحکام دمای بالا و مقاومت اکسیداسیون آلیاژ tnm با ترکیب اسمی ti-43.5al-4nb-1mo-0.1b (at%) بررسی شده است. در این راستا آلیاژسازی در کورة قوس الکتریکی خلا انجام شد و تغییرات بوجود آمده حاصل از افزودن 1/0، 2/0، 3/0 و 5/0 درصد اتمی از عناصر خاکی کمیاب بر ریزساختار به کمک میکروسکوپ الکترونی روبشی تابشی میدانی و میکروسکوپ الکترونی عبوری تعیین و تحلیل گردید و نهایتا استحکام فشاری و مقاومت اکسیداسیون در دماهای 900 و 1000 درجة سانتیگراد اندازه گیری شد. نتایج بدست آمده نشان داد با افزودن عنصر خاکی کمیاب، ذرات اکسیدی در ریزساختار پراکنده می شوند، که اندازة این ذرات با افزایش میزان عنصر اضافه شده، افزایش می یابد. با افزودن میزان بهینة 2/0 درصد اتمی عنصر لانتانیم، حضور ذرات اکسیدی باعث افزایش تنش سیلان به میزان 18% و 42 % به ترتیب در دماهای 900 و 1000 درجة سانتیگراد می شود. این افزایش تنش سیلان بر اساس نقش اندازه و فواصل بین ذرات بر مکانیزمهای استحکام دهی و تبلورمجدد دینامیک تحلیل شد. مقایسة ریزساختار آلیاژهای حاوی اربیم با آلیاژهای حاوی لانتانیم، نشان داد که توزیع ریزتری از ذرات اکسیدی در آلیاژهای حاوی اربیم بوجود می آید. از طرفی مشخص شد که در آلیاژهای حاوی اربیم نیز، 2/0 درصد اتمی میزان بهینه برای دستیابی به بیشترین تنش سیلان است. ضمناً نتایج بدست آمده نشان داد، آلیاژهای حاوی اربیم تنش سیلان بالاتری نسبت به آلیاژهای حاوی لانتانیم در میزان مشابه از عناصر خاکی کمیاب دارند. این پدیده با توجه به نقش اندازة ذرات بر مکانیزم های استحکام دهی تحلیل گردید. بررسی منحنی های اکسیداسیون همدمای بلند مدت (320 ساعت) در دماهای 900 و 1000 درجة سانتیگراد نشان داد که با اضافه شدن 1/0 درصد اتمی لانتانیم و اربیم، مقاومت اکسیداسیون آلیاژ tnm افزایش و با اضافه شدن 2/0 درصد اتمی از عناصر مذکور مقاومت اکسیداسیون کاهش می یابد. بهبود مقاومت اکسیداسیون با توجه به نتایج بدست آمده برای انرژی اکتیواسیون نفوذ در محدودة 40 تا 50 (kcal/mol)، بر اساس کاهش نفوذ کاتیونهای فلزی در لایة اکسیدی tio2 تفسیر شد. ضمن آنکه حضور بیش از 1/0 درصد اتمی از عنصر خاکی کمیاب به دلیل والانس کمتر این عناصر نسبت به تیتانیم باعث افزایش نفوذ اکسیژن و کاهش مقاومت اکسیداسیون می شود.