بررسی تأثیر نانوذرات کاربیدزیرکونیم بر ریزساختار و خواص مکانیکی نانوکامپوزیت تنگستن-کاربید زیرکونیم تولیدشده به روش جبران جانشینی تخلخل (dcp)

در این تحقیق، کامپوزیت ها و نانوکامپوزیت های تنگستن-کاربید زیرکونیم به روش جبران جانشینی تخلخل (dcp) متشکل از دو مرحله ساخت فوم کاربید تنگستنی و مذاب خورانی واکنشی تولید شدند. برای ساخت فوم های کاربید تنگستنی از فرایند ریخته گری ژلی بر پایه آلژینات سدیم غیرسمّی استفاده شد. رفتار ژل، تأثیر نوع و مقدار پراکنده ساز و کاربید تنگستن بر پایداری و رفتار رئولوژیکی دوغاب مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج نشان داد که مقدار مطلوب پراکنده ساز تری سیترات آمونیم، 0/25 درصد وزنی (نسبت به پودر کاربید تنگستن) بوده و حداکثر مقدار پودر کاربید تنگستن قابل استفاده در دوغاب، 25 درصد حجمی می باشد. تأثیر متغیرهای عوامل ژل ساز، مقدار و اندازه ذرات پودر کاربید تنگستن، دما و زمان پیش تفجوشی بر خواص فوم ها با استفاده از روش تاگوچی تحلیل و روش تولید بهینه سازی و سپس نتایج آن اعتبارسنجی شد. نتایج واریانس نشان داد که بیشترین اثر بر میزان تخلخل، چگالی، استحکام خمشی و خیز در نقطه شکست فوم ها مربوط به عامل اندازه ذرات پودر بوده و زمان تفجوشی اثر کمی بر این خواص دارد. نتایج تاگوچی، ترکیب بهینه برای دستیابی به فوم با 54-50 درصد تخلخل را با اندازه ذرات پودر کاربید تنگستن 0/9 میکرومتر، مقدار کاربید تنگستن 25 درصد حجمی، دما و زمان پیش تفجوشی به ترتیب 1450 درجه سانتی گراد و 4 ساعت پیش بینی نمود. فرایند مذاب خورانی با آلیاژ zr2cu در محدوده دمایی 1350-1150 درجه سانتی گراد و زمان 3/5-0/5 ساعت بررسی شد. مشاهدات میکروسکوپی و آنالیز تصویری نشان داد که کامپوزیت ها متشکل از تنگستن و کاربید تنگستن 48-32 درصد حجمی و کاربید زیرکونیم و مس 68-52 درصد حجمی می باشند. حداکثر چگالی نسبی، استحکام خمشی و سختی کامپوزیت ها به ترتیب 1±95/71 درصد، 5±465 مگاپاسکال و 0/4±9/5 گیگاپاسکال بود. کامپوزیت ها تحت آزمون شعله اُکسی استیلن قرار گرفتند و میانگین نرخ کاهش وزن و ابعاد کامپوزیت ها به ترتیب 0/2± 2/3 میلی گرم بر ثانیه و 0/6± 3/8 میکرومتر بر ثانیه حاصل شد. در پایان، تأثیر نانوذرات کاربید زیرکونیم بر خواص نانوکامپوزیت تنگستن-کاربید زیرکونیم تولید شده بر اساس شرایط و ترکیبات بهینه مطالعه شد. نتایج نشان داد که با افزودن نانوکاربید زیرکونیم تا 1/5 درصد حجمی، استحکام و سختی نانوکامپوزیت در مقایسه با کامپوزیت تنگستن-کاربید زیرکونیم به ترتیب 9 و 15 درصد افزایش یافت، در حالی که بر روی مقاومت به شعله اُکسی استیلن تأثیر چندانی نداشت.