چکیده لایه های سطحی کامپوزیتی بر زیر لایه آلیاژ آلومینیمی aa6061 به کمک روش همزن اصطکاکی و با افزودن پودر در مقیاس نانومتری aln (با میانگین اندازه nm 60) به ناحیه خمیری شده سطحی از طریق شیار تعبیه شده در راستای حرکت طولی ابزار، ایجاد شد. به این منظور متغیرهای فرایند همزن اصطکاکی چون سرعت چرخش ابزار، سرعت پیشروی زیر لایه و تعداد پاس های عبوری تنظیم شدند تا لایه سطحی نانو کامپوزیت al/aln با ریز ساختار سخت و مقاوم به سایش ایجاد شود. به طور کلی فرایند همزن اصطکاکی، موجب ریز شدن دانه های زمینه آلومینیمی لایه ها شد. همچنین با ورود ذرات aln، لایه های سطحی کامپوزیت al/aln بر زیر لایه، ایجاد شد. بررسی های میکروسکوپی الکترونی روبشی نشان داد که ذرات در مقیاس نانومتری aln به صورت انباشته و غیر یکنواخت در لایه ها، ظاهر می شوند. افزایش میزان سرعت چرخشی ابزار موجب توزیع بهتر و جدا شدن ذرات انباشته، شد. با به کارگیری تعداد پاس های عبوری بیشتر، میزان جدایش انباشتگی ها بهتر شد، به قسمی که بعد از چهار پاس فرایند در سرعت چرخشی ابزار rpm 1120 و سرعت پیشروی قطعه کار mm/s 63 و عمق شیار mm 2، توزیع نانومتری ذرات به صورت یکنواخت در لایه نانوکامپوزیت سطحی al/aln، ممکن شد. همچنین توزیع یکنواخت و نانومتری ذرات، موجب ریز شدن دانه های زمینه آلومینیمی لایه نانو کامپوزیتی، شد. آزمون های سختی سنجی و سایش لایه های سطحی ایجاد شده، دلالت بر بهبود خواص مکانیکی آنها نسبت به زیر لایه آلومینیمی داشت. سختی سنجی لایه های سطحی نشان داد که بیشینه سختی مربوط به لایه نانوکامپوزیت سطحی al/aln ایجاد شده بعد از چهار پاس فرایند در سرعت چرخشی ابزار rpm 1120 و سرعت پیشروی قطعه کار mm/s 63، به میزان حدود hv 96 بود. این مقدار در حدود بیش از دو و نیم برابر سختی زیرلایه آلیاژ آلومینیمی است. حضور یکنواخت ذرات سخت aln و ریز شدن دانه های زمینه آلومینیمی در اثر تبلور مجدد دینامیکی ناشی از تغییر شکل شدید ماده حین چرخش و عبور ابزار به افزایش میزان سختی لایه ها، کاهش ضریب اصطکاک و کم شدن کاهش وزن آنها حین سایش تا حدود نصف کاهش وزن زیرلایه، منجر شدند.

آلیاژهای آلومینیوم به واسطه برخورداری از استحکام ویژه بالا، نرمی و شکل پذیری به طور گسترده ای در ساخت قطعات مورد نیاز در صنایع خودروسازی و هوافضا مورد استفاده قرار می گیرند. آلومینیوم و آلیاژهای آن مقاومت سایشی کمی دارند. مقاومت سایش این مواد با افزودن ذرات فاز ثانویه بهبود می یابد. کامپوزیت های زمینه فلزی آلومینیوم به واسطه برخورداری از مقاومت سایشی خوب کاربرد گسترده ای دارند. روش های مختلفی برای ساخت کامپوزیت های زمینه فلزی آلومینیوم وجود دارد. در بین این روش ها متالورژی پودر روش بسیار مناسبی برای ساخت آنها می باشد، زیرا این روش از واکنش بین زمینه و تقویت کننده جلوگیری می کند و توزیع مناسبی از ذرات تقویت کننده در زمینه ایجاد می کند. توزیع همگن ذرات تقویت کننده در زمینه برای حصول خواص بهینه در کامپوزیت ضروری می باشد. در این روش کامپوزیت ها از اختلاط و آسیاب پودر زمینه و ذرات تقویت کننده به دست می آیند. طی دهه های اخیر تلاش های قابل توجهی برای تولید نانوپودر ترکیبات بین فلزی صورت گرفته است. زیرا این مواد دارای خواص جذابی جهت تقویت کامپوزیت های مقاوم به سایش می باشند. سایش مکانیکی به دلیل سادگی و قابلیت کاربرد برای گستره وسیعی از مواد شامل ترکیبات بین فلزی، روش سودمند برای تولید نانوذرات می باشد. در این پژوهش ساخت و بررسی سختی و رفتار سایشی نانوکامپوزیت زمینه آلومینیوم تقویت شده با نانوذرات cu2al (ترکیب بین فلزی al-cu) مورد مطالعه قرار گرفته است. مقادیر مختلفی از نانوذرات cu2al با پودر میکرونی آلومینیوم در آسیاب سایشی مخلوط شدند و پودرهای نانوکامپوزیتی زمینه فلزی به دست آمدند. پودرهای کامپوزیتی ساخته شده به روش انجام شکل دهی گرم ( دمای °c420 و فشار mpa 660 به مدت 105 دقیقه) به صورت بالک درآمدند. استفاده از آسیاب گلوله ای موجب توزیع یکنواخت ذرات تقویت کننده در زمینه می شود. افزودن نانوذرات cu2al منجر به بهبود رفتار سایشی می شود.

فناوری نانو یکی از مدرن ترین فناوری های روز دنیاست که دارای خصوصیاتی منحصر به فرد با کاربردهایی در تمام زمینه های علم و فناوری می باشد. همین کاربردهای وسیع فناوری نانو، عامل مهمی در فراگیر شدن این پدیده جدید شده است. با تولید ساختارهایی در مقیاس نانو، امکان کنترل و هدایت خواص ذاتی مواد از جمله دمای ذوب، خواص مغناطیسی و رنگ مواد، بدون تغییر در ترکیب شیمیایی و بسیاری از رفتارها و خواص دیگر به وجود می آید [1]. اکسید روی (zno) یک نیمه رسانا از نوع ورتزیت است که دارای پهنای گاف انرژی بالا (ev 37/3 در دمای اتاق) و انرژی برانگیختگی بسیار بزرگ (mev 60) می باشد. اخیراً، توجه خاصی به مورفولوژی zno، اختصاص یافته است، زیرا نانوساختارهای مختلفی از اکسید روی می تواند شکل گیرد. پایداری حرارتی، مقاومت به تابش و انعطاف پذیری نانوساختارهای مختلف شکل گرفته مزایایی هستند که به کاربردهای متنوع بالقوه zno در فوتودتکتورها، وسایل موج صوتی سطحی ، نانولیزر فرابنفش، وریستورها، سلول های خورشیدی، سنسورهای گازی، بیوسنسورها، سرامیک ها و نانوژنراتور سرعت می بخشند. ذرات اکسید روی نانوساختار توسط روش های فیزیکی و شیمیایی متعددی ساخته شده اند. به علاوه، روش های گوناگونی وجود دارند که می توانند برای کنترل اندازه ذرات zno در مقیاس نانومتری مورد استفاده قرار گیرند. از جمله این روش ها شامل تجزیه حرارتی، سنتز هیدورترمال، سل-ژل، روش شیمیایی تر، پیرولیز پاششی، رسوب فیزیکی بخار می باشد. اما تمام این روش ها احتیاج به اعمال دمای بالا و یا زمان های طولانی دارند [2، 3]. سنتز احتراقی در محلول (scs) ، فرایندی ساده و سریع است که اخیرا گسترش یافته و سنتز نانومواد گوناگونی را در پی دارد. این روند شامل یک واکنش گرمازای ردوکسی (اکسیداسیون-احیا) بین محلول همگن اکسید کننده ها (به طور مثال نیترات های فلزی) و سوخت های (به طور مثال اوره، گلایسین و هیدرازیدها) مختلف می باشد و به طور موفقیت آمیزی برای سنتز اکسیدهای فلزی نانوساختار مورد استفاده قرار می گیرد. بسته به نوع ماده اولیه و نیز شرایط مورد استفاده برای سازمان دهی فرایند، scs ممکن است به دو صورت احتراق لایه به لایه و احتراق حجمی صورت گیرد [4]. به طور خلاصه مزایای روش سنتز احتراقی در محلول شامل موارد زیر است [5]: (1) به علت حل شدن مواد اولیه در آب، اختلاط مواد اولیه در مقیاس مولکولی امکان پذیر است. بنابراین، تشکیل ترکیب مورد نظر در مقیاس نانومتری امکان پذیر می باشد. (2) دمای بالای واکنش باعث تولید ماده ای خالص و بلوری می شود. ضمن اینکه دمای بالا به همراه سرعت سرمایش سریع، باعث می شود تا بتوان به فازهای دما بالا دست پیدا کرد. (3) زمان کوتاه فرآیند و تشکیل محصولات گازی در حین واکنش احتراق، مانع از رشد ذرات شده و باعث تشکیل پودر با اندازه نانومتری و سطح ویژه بالا می شود. (4) ساده بودن تجهیزات مورد استفاده در این روش، هزینه نسبتا کم مواد اولیه، تک مرحله ای بودن فرایند سنتز و صرفه جویی در انرژی از مزیت های مهم دیگر می باشد. هدف از انجام این پژوهش سنتز و بررسی نانو اکسید روی به روش سنتز احتراقی در محلول با استفاده از نیترات روی به عنوان اکسیدکننده و گلایسین، اوره و ترکیب گلایسین/اوره به عنوان سوخت می باشد. پارامترهای موثر بر سنتز احتراقی در محلول شامل نسبت سوخت به اکسید کننده f/o، نوع سوخت، غلظت محلول اولیه، دمای هات پلیت، سرعت حرارت دهی و سیکل کلسیناسیون پس از احتراق می باشند. این پارامترها تاثیر به سزایی در خواص فیزیکی و ساختار پودر به دست آمده نهایی دارند [6]. به همین دلیل در تحقیق حاضر به منظور مطالعه تاثیر پارامتر نسبت سوخت به اکسید کننده (f/o) بر روی اندازه کریستالیت ها و تشکیل فازهای کریستالی، نمونه های مختلف با نسبت f/o متفاوت سنتز گردیده و مورد ارزیابی های مختلف قرار می گیرند. در ادامه در فصل دوم به ترتیب، ابتدا توضیحاتی در مورد نانومواد، روش های تولید آن ها، فرایند سنتز احتراقی در محلول و معرفی اکسید روی گرداوری شده اند. در فصل سوم به ارائه روند انجام آزمایش ها پرداخته خواهد شد. در نهایت امر در فصل چهارم به ذکر نتایج حاصله و بحث بر روی آن ها پرداخته شده و در فصل آخر نتیجه گیری و پیشنهادهای مربوط به این پژوهش بیان شده است.

در این مطالعه نانو ذرات اکسید روی به کمک روش مکانوشیمیایی با استفاده از هیدروکسید کربنات روی به عنوان ماده اولیه و نمک به عنوان رقیق کننده، تولید شده است. فرایند مکانوشیمیایی شامل فعال سازی مکانیکی واکنش های جانشینی حالت جامد می باشد که در دمای پایین و در یک آسیای گلوله ای انجام می شود. پودر هیدروکسید و نمک را با توجه به مقدار نسبت مولی نمک به پودر هیدروکسید (75 و 50 ، 25x=) مخلوط کرده و به مدت یک ساعت در دمای ?110 خشک می شود. سپس مخلوط پودری به مدت 10 و 24 ساعت آسیا می گردد. پودر حاصل از آسیاکاری، برای تجزیه به اکسید روی به مدت 2 ساعت در دمای ?450 قرار گرفته و سپس برای حذف نمک (با استفاده از حمام اولتراسونیک و کاغذ صافی) شستشو شده و بعد 2 ساعت در دمای ?110 قرار می گیرد تا خشک شود. ماده حاصل توسط پراش اشعه ایکس (xrd) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem) و میکروسکوپ الکترونی عبوری (tem) آنالیز شده است. اندازه کریستال ها و کرنش داخلی به کمک الگوهای xrd و با استفاده از فرمول و منحنی williamson-hall اندازه گیری شده است. اثر میزان نمک (نسبت مولی نمک به هیدروکسید کربنات روی) و زمان آسیاکاری روی اندازه نانو کریستال های اکسید روی بررسی شده است. حاصل این پژوهش نشان می دهد که امکان تولید نانو ذرات اکسید روی با روش مکانوشیمیایی وجود دارد. نتایج تجربی نشان می دهد که اندازه نانوکریستال های اکسید روی با افزایش نسبت مولی نمک به هیدروکسید کربنات روی و زمان آسیاکاری، کاهش یافته که این موضوع به کمک الگوهای xrd و تصاویر sem به اثبات رسیده است. نتایج پراش اشعه ایکس نشان می دهد که ساختار کریستالی اکسید روی تولید شده هگزاگونال می باشد. اندازه متوسط ذرات تولید شده، با توجه به تصویر tem حدود 25 نانومتر می باشد.

فولادهای زنگ نزن مارتنزیتی به طور همزمان با دارا بودن خواص مکانیکی بهینه، مقاومت به خوردگی و مقاومت به سایش بالایی از خود نشان داده اند و به طور گسترده ای در صنایع پتروشیمی، دریایی، هوا فضا و صنایع غذایی مورد استفاده قرار می گیرند.در این تحقیق خواص مکانیکی، خوردگی و ریزساختار فولاد زنگ نزن مارتنزیتی 420 aisi پس از عملیات حرارتی مورد مطالعه و بررسی قرار گرفت. پارامترهای دمای آستنیته کردن و نرخ سرمایش به منظور بهینه کردن خواص مکانیکی و خوردگی این فولاد مورد بررسی قرار گرفتند. پس از انجام عملیات حرارتی تست های مکانیکی سختی سنجی و کشش و تست خوردگی پولاریزاسیون بر روی نمونه ها انجام شد. همچنین نمونه ها پس از آزمون کشش و تست خوردگی، برای تعیین مکانیزم شکست و خوردگی با میکروسکوپ الکترونی عبوری (sem) و آزمون تفرق اشعه ایکس(xrd) مورد بررسی قرار گرفتند. با بررسی نتایج بدست آمده از آزمون های مکانیکی و خوردگی، شرایط عملیات حرارتی بهینه برای رسیدن به خواص مکانیکی و خوردگی مطلوب را تعیین کردیم.

در این تحقیق فریت نانوساختار منیزیم-روی به کمک روش سنتز احتراقی گلایسین- نیترات (gnp) تولید گردید. در روش گلایسین-نیترات با حرارت دهی به محلول آبی حاوی نیترات های فلزی (به عنوان واکنش دهنده) و گلایسین (به عنوان سوخت)، تجزیه گرمازا رخ داده و پودر ترکیب مورد نظر حاصل می شود. در ابتدا برای بررسی اثر سوخت بر ساختار و خواص مغناطیسی فریت منیزیم-روی، این فریت با ترکیب شیمایی mg0.6zn0.4fe2o4 در هفت نسبت مولی مختلف گلایسین به نیترات (نسبت (g/n در بازه 37/0 تا 75/0 تولید گردید. محاسبات ترمودینامیکی، نشان داد که با افزایش نسبت سوخت به اکسنده، مقدار گاز تولیدی و دمای شعله (آدیاباتیک) افزایش می یابد. مطالعات ریزساختاری بر روی پودرها به کمک روش پراش سنجی پرتو ایکس (xrd) نشان داد که در تمام موارد، ساختار کریستالی اسپینل فریت ها متبلور می-شود. مورفولوژی پودرها با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدان (fesem) و میکروسکوپ الکترونی عبوری (tem) بررسی شد. ارزیابی های مغناطیسی که به روش مغناطش سنج نمونه مرتعش (vsm) انجام شد نشان داد که بیشترین مقدار مغناطش اشباع (emu/g 46) در بیشترین نسبت مولی گلایسین به نیترات به دست می آید. پس از آن و با توجه به نتایج به دست آمده، نسبت سوخت به نیترات برابر با 75/0 به عنوان بهترین میزان سوخت انتخاب شد و با این نسبت سوخت، اثر تغییر ترکیب شیمیایی در فریت سری mg1-xznxfe2o4 و با تغییر x از 0 تا 1، با گام های 1/0 مورد ارزیابی قرار گرفت. پودرها در هر دو مورد (تغییر میزان سوخت و تغییر ترکیب شیمیایی) به صورت کلوخه هایی از ذرات بسیار ریز با قطر چند ده نانومتر تولید شدند. نتایج ارزیابی های مغناطیسی و ساختاری نشان داد که فریت mg0.6zn0.4fe2o4 با نسبت g/n برابر با 75/0، در میان تمامی نمونه های مورد بررسی بهترین خواص را دارد.

یکی از مهمترین کامپوزیت های تقویت شده با ذرات mg2si، که به دلیل جذابیت های ساختاری و خواص مطلوب توجه زیادی را به خود جلب نموده اند، کامپوزیت های درجای al-mg2si می باشند. خصوصیات این کامپوزیت ها به شدت تحت تاثیر ذرات خشن mg2si و فاز یوتکتیکی ترد و شکننده است. بنابراین کنترل کردن فاز اولیه و یوتکتیک mg2si، می تواند راهی برای دستیابی به خصوصیات مکانیکی مناسبتر باشد. در این پژوهش اثر اضافه کردن نیکل و انجام فرآیند اکستروژن داغ بر روی ریزساختار و خصوصیات کششی کامپوزیت al-15%mg2si بررسی شده است. شمش های کامپوزیت al-15%mg2si به وسیله فرآیند درجا تولید شده و مقادیر مختلف نیکل ( 1/0، 3/0، 5/0، 1، 3 و 5 درصد وزنی نیکل) در ذوب مجدد به کامپوزیت اضافه شده اند. تصاویر حاصل از میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem) نشان دادند که افزودن نیکل، مورفولوژی فازهای mg2si اولیه و یوتکتیک را تغییر می دهد و اندازه ذرات mg2si را از ?m42 به ?m17 کاهش می دهد. فرآیند اکستروژن داغ شبکه یوتکتیکی را می شکند و اندازه و مورفولوژی فاز mg2si شبه یوتکتیک را به صورت قابل توجهی تغییر می دهد. نتایج حاصل از تست کشش نیز نشان داد، که افزودن نیکل و فرآیند اکستروژن داغ، استحکام کششی نهایی (uts) نمونه ها را از mpa152 به mpa245 و درصد ازدیاد طول (el.%) آن ها را از 2/2 درصد به 3/15 درصد، افزایش می دهد. بررسی سطح شکست کامپوزیت، تغییر نوع شکست، از شکست ترد در کامپوزیت ریختگی به شکست نرم در کامپوزیت اکسترود شده را، پس از افزودن نیکل، نشان می دهد. این مساله می تواند به تغییر در اندازه و مورفولوژی فازهای mg2si اولیه و یوتکتیک و همچنین تشکیل فاز ?-al بیشتر نسبت داده شود.

در پژوهش حاضر، تهیه کاربید مولیبدن نانوکریستالی به روش احیای مکانیکی ـ شیمیایی تری اکسید مولیبدن (moo3) با گرافیت و با استفاده از آسیای پر انرژی سیاره ای بررسی گردید و تغییرات فازی و ساختاری، متوسط اندازه کریستالیت ها و کرنش شبکه محصولات مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج به دست آمده نشان می دهند که در حین آسیاکاری مکانیکی moo3 با گرافیت در دمای محیط، کاربید مولیبدن تشکیل نمی شود و تنها بعد از مدت زمان های طولانی آسیاکاری moo3 بطور جزئی به moo2 احیا گردید. این نتایج با بررسی های ترمودینامیکی صورت پذیرفته جهت تهیه mo2c در حین آسیا کاری از مخلوط moo3 و گرافیت کاملا سازگار بود. عملیات حرارتی مخلوط 20 ساعت آسیاکاری شده از moo3 و گرافیت با ترکیب استوکیومتری در دمای °c600 به مدت 1 ساعت منجر به تشکیل فاز moo2 گردید. هنگامی که دمای عملیات حرارتی به °c850 افزایش یافت، moo2 به مولیبدن فلزی احیا شد. نتایج آنالیز xrd نشان داد که ترکیب استوکیومتری میزان گرافیت لازم به منظور تشکیل کاربید مولیبدن پس از عملیات حرارتی نمونه 20 ساعت آسیاکاری شده را فراهم نمی آورد و تشکیل کاربید مستلزم وجود گرافیت بیش از مقدار استوکیومتری است. همچنین مشخص شده که در حین تشکیل کاربید مولیبدن ، مولیبدن فلزی به عنوان یک فاز میانی تشکیل می شود. مکانیزم احیای کربوترمی moo3 جهت سنتز کاربید مولیبدن نیز با توجه به نتایج dta و xrd نمونه های عملیات حرارتی شده مورد بحث قرار گرفت.در نهایت اندازه متوسط کریستالیت های moo2، mo و mo2c در اثر عملیات حرارتی به ترتیب برابر 46، 58 و 54 نانومتر محاسبه گردید.

چدن نشکن آستمپرشده نوعی چدن نشکن با قابلیت پذیرش انواع عملیات حرارتی جهت بهبود خواص مکانیکی و آلیاژسازی است که با استحکام کششی بالا، چقرمگی و داکتیلیتی خوب می تواند در بسیاری از موارد مثل صنایع خودرو سازی و دفاعی جایگزین فولادها گردد. خواص عالی چدن نشکن آستمپر شده به خاطر ساختار منحصربه فرد آن یعنی فریت و آستنیت غنی از کربن است که به این محصول آسفریت گفته میشود. در این تحقیق تاثیر وانادیم با درصدهای مختلف در حالت ریختگی و آستمپر شده بررسی شده است. پس از انجام فرایند ریختگی،آماده سازی نمونه ها و تعیین ترکیب شیمیایی، نمونه ها در 900درجه سانتی گراد به مدت 45 دقیقه تحت عملیات حرارتی آستنیته کردن و در350درجه سانتی گراد به مدت 60 دقیقه در حمام نمک تحت عملیات حرارتی آستمپر کردن قرار گرفته و سپس در هوا سرد شدند. برروی نمونه ها تست کشش، تست سختی، تست ضربه و آنالیز xrd انجام شده و ریزساختار نیز بوسیله میکروسکوپ نوری مورد بررسی قرارگرفته است. بهترین خواص مربوط به چدن نشکن آستمپر شده با استحکام کششی 968 نیوتن بر میلیمتر مربع، ازدیاد طول 14 درصد وانرژی ضربه 23 ژول است. از طرفی نتایج نشان می دهد ریز ساختار نمونه های حاوی وانادیم دارای زمینه آسفریتی با کاربیدهای ناشی از حضور وانادیم می باشد که با افزایش میزان وانادیم، میزان کاربیدها وهمچنین سختی نمونه ها افزایش می یابد.