اثر افزودني و پارامترهاي فرايند بر ساختار و رفتار مكانيكي شيشه فلز حجمي و نانو بلور پايه زيركونيم

دكتري

اثر افزودن جزئي عناصر نقره و مس بر قابليت شيشه‌اي شدن (GFA) و رفتار مكانيكي شيشه¬هاي فلزي حجمي Zr56Co28-xAgxAl16(x= 0, 2, 3, 4, 5, 6) و Zr56Co28-xCuxAl16(x= 0, 2, 4, 5, 6, 7) توليدشده به روش ريخته¬گري مكشي مورد تحقيق قرار گرفت. به¬منظور بررسي¬هاي ساختاري، فازي و حرارتي از آزمون¬هاي پراش پرتو ايكس (XRD)، ميكروسكوپ الكتروني عبوري (TEM)، نانو سختي سنجي، آناليز حرارتي تفاضلي (DTA) و آناليز گرماسنجي تفاضلي روبشي (DSC) استفاده شد. علاوه¬براين، از آزمون فشار در دماي محيط و ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) جهت بررسي تغييرات پلاستيسيته استفاده شد. بيشترين قابليت شيشه‌اي شدن در بين آلياژهاي آمورف حاوي نقره و مس به ترتيب براي آلياژهاي آمورف Zr56Co24Ag4Al16 با قطر بحراني mm 3 و Zr56Co22Cu6Al16 با قطر بحراني mm 2 حاصل شد. علاوه¬براين، كرنش پلاستيك نمونه¬ي آلياژ آمورف پايه با مقدار 2/3% تا مقادير 4/4% و 7/5% به ترتيب براي نمونه¬هاي آلياژ آمورف حاوي نقره و مس بهينه افزايش يافت. سينتيك تبلور غيرهمدما و ضريب حساسيت ساختار آلياژ¬هاي آمورف Zr56Co28Al16، Zr56Co24Ag4Al16 و Zr56Co22Cu6Al16 به¬وسيله آناليز گرماسنجي تفاضلي روبشي در نرخ¬هاي گرمايش K/min 10، 20، 30 و 40 بررسي شدند. انرژي فعال¬سازي دماهاي مشخصه با مدل كيسينجر و اوزاوا و همچنين وابستگي دماهاي مشخصه به تغييرات نرخ گرمايش به كمك قانون تجربي لاسوكا اندازه¬گيري شدند. نتايج نشان داد كه انرژي فعال¬سازي دماهاي انتقال شيشه، جوانه¬زني مرحله اول و دوم تبلور در آلياژ آمورف حاوي نقره به ترتيب با kJ/mol 402، 336 و 395 نسبت به آلياژهاي ديگر بيشتر و وابستگي دماهاي مشخصه به نرخ گرمايش كمتر است. افزايش پايداري حرارتي آلياژ حاوي نقره به دليل شكل¬گيري ساختار با چينش فشرده است كه حاصل خوشه¬هاي مستحكم با نظم كوتاه مرتبه بيست¬وجهي (ISRO) در داخل ساختار است. به‌منظور بررسي مكانيسم جوانه¬زني و رشد براي هر آلياژ، توان آورامي موضعي n توسط معادله جانسون-مهل-آورامي-كولموگورو (JMAK) به دست آمد. جوانه¬زني و رشد براي اين آلياژها توسط رشد سه¬بعدي، كنترل‌شده از طريق نفوذ و همچنين جوانه¬زني با نرخ افزايشي رخ مي¬دهد. علاوه¬براين، مقادير ضريب حساسيت ساختار با اعداد كمتر از 30، نشان داد كه هر سه آلياژ در گروه آلياژهاي آمورف مستحكم طبقه¬بندي مي¬شوند. علاوه¬براين، تأثير تغيير جريان قوس الكتريك و فشار گاز ريخته¬گري بر ساختار و رفتار مكانيكي نمونه¬هاي آلياژ آمورف Zr56Co24Ag4Al16 و Zr56Co22Cu6Al16، به ترتيب در چهار جريان نسبي از بالا به پايين 100، 90،80 و 70 درصد و چهار فشار گاز ريخته¬گري 25/0، 5/0، 1 و 5/1 اتمسفر بررسي شدند. نتايج نشان داد كه نمونه¬هاي ريخته¬گري شده در جريان قوس الكتريك 80% و فشار گاز 5/0 اتمسفر بيشترين مقدار كرنش پلاستيك را با مقادير 12% براي نمونه¬ي آلياژ آمورف حاوي عنصر مس و 7/10% براي نمونه-ي آلياژ آمورف حاوي عنصر نقره دارند. افزايش كرنش پلاستيك براي اين نمونه¬ها به دليل افزايش حجم آزاد موجود در داخل ساختار است كه اين افزايش حجم آزاد از كاهش زمان سرد شدن مذاب حاصل شده است.

191241

دانشگاه علم و صنعت ايران

مهندسي مواد

دكتر مرتضي تميزي فر - دكتر سيد محمد علي بوترابي