بازيافت و سنتز مجدد كاربيدهاي سمنته‌ي WC-Co از ضايعات ابزارهاي برشي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مواد

كارشناسي ارشد

كاربيدهاي سمنته‌ي WC-Co با خواص مكانيكي، سايشي و چقرمگي منحصر به فرد خود تاكنون جايگاه ويژه‌اي در صنايع پيدا كرده‌اند كه باعث شده ميزان درخواست و توليد اين مواد در جهان روز به روز افزايش يابد. به علاوه، با توجه به محدوديت منابع اوليه و چالش‌هاي استخراج از آن‌ها تلاش براي بازيافت اين مواد از همان سال‌هاي نخست پيدايش مبحث مورد مطالعه‌ي بسياري از مراكز تحقيقاتي در سراسر جهان قرار گرفته تا امروزه در كشورهاي زيادي همانند ژاپن از منابع ثانويه براي توليد اين مواد استفاده مي‌شود. رويكردي كه به منظور بازيافت آن‌ها از ضايعات ابزارهاي برشي در اين پژوهش ارائه گرديده به دو بخش كلي تقسيم مي‌شود. در بخش اول اكسيداسيون خشك اين كاربيدهاي سمنته به دو دليل مهم مورد بررسي قرار گرفت. اول اينكه اكسيداسيون دما بالا مهم‌ترين عامل كاهش طول عمر كاري آن‌ها است و دليل اصلي به اين خاطر كه از فرآيند اكسيداسيون به منظور كاهش خواص مكانيكي در بسياري از روش‌هاي بازيافت اين مواد به عنوان يكي از مراحل اصلي بهره گرفته مي‌شود. در واقع از آنجايي كه خردايش و توليد مجدد پودر از اين مواد به دليل استحكام و چقرمگي بالا فرآيندي دشوار است در ابتدا ضايعات را در دماي بالا اكسيد كرده كه كاهش شديد خواص مكانيكي را در پي داشته و موجب تسهيل در پودرسازي مي‌شود. به طور كلي مي‌توان گفت ابتدا ضايعات در دماي بالا اكسيد شده و سپس از محصول اكسيدي آن‌ها با استفاده از آسياب گلوله‌اي پودري با اندازه‌ي ذرات زير 40 ميكرون تهيه شد و بعد از آن اين پودر با استفاده از گاز طبيعي به پودري با همان تركيب شيميايي اوليه تبديل گرديد كه مي‌تواند مجددا به محصول اوليه سينتر شود. در تحقيق پيش رو پديده‌ي اكسيداسيون دما بالاي كاربيدهاي سمنته‌ي كاربيد تنگستن-كبالت با استفاده از روش‌هاي طراحي آزمايش "متدولوژي رويه‌ي پاسخ" و "طراحي تمام عاملي" به همراه مشخصه‌يابي‌هاي عملي شامل XRD و SEM/EDS براي آناليز فازي و بررسي ساختار اكسيد مورد مطالعه قرار گرفت. سپس از شبكه‌ي عصبي پيشخور به منظور شبيه‌سازي و پيش‌بيني رفتار اكسيداسيون دما بالاي اين مواد بهره گرفته شد. در بخش دوم پايان‌نامه نيز احيا و سنتز درجاي اين مواد با استفاده از گاز طبيعي به منظور بازيافت آن‌ها مورد مطالعه قرار گرفته و با استفاده از آزمايشات عملي امكان‌سنجي شد. در اين بخش پودر نهايي با استفاده از آناليز فازي XRD و ميكروسكوپ FESEM مورد بررسي قرار گرفت. با استفاده از نتايج به دست آمده در اين مطالعه مشخص شد كه بين دما، جريان هوا، زمان، توان دوم‌ها و اثرات متقابل آن‌ها، دما و مربع آن 85% از سهم مجموع اثرگذاري فاكتورهاي مؤثر را به خود اختصاص داده و مي‌توان دما را به عنوان مهم‌ترين فاكتور بر اكسيداسيون خشك آن‌ها معرفي كرد. همچنين جريان هوا فاكتور مهمي به منظور جلوگيري از كاهش وزن ناشي از تصعيد اكسيد تنگستن در دماهاي بالا است. در نهايت محدوده‌ي دمايي 900 تا 1000 درجه‌ي سانتي‌گراد به همراه جريان هواي مستقيم به عنوان حالت بهينه‌ي اكسيداسيون دما بالاي اين كاربيدهاي سمنته معرفي گرديد. نتايج حاصل از بخش دوم نيز نشان داد كه پودرها با موفقيت در دماي 850، 900 و 1000 درجه‌ي سانتي‌گراد در جريان گاز طبيعي به طور كامل احيا و سنتز شده‌ و نمونه‌ي قرار گرفته در دماي oC 1000 با مقدار 5/19% كم‌ترين ميزان تخلخل ساختاري در ذرات پودر را داشت. از طرفي هيچ يك از فازهاي مياني و نيمه پايدار كه در بسياري ديگر از روش‌هاي بازيافت تشكيل مي‌شدند در ساختار نهايي شناسايي نشدند. همچنين به طور كلي مي‌توان گفت اين روش نسبت به بسياري از ديگر روش‌هاي بازيافت نظير روش‌هاي مبتني بر هايدرومتالورژي، حمام مذاب روي و... تعداد مراحل كم‌تري داشته و مي‌تواند ساده‌تر باشد.

226984

استخراج فلزات

مهندسي مواد

دانشگاه صنعتي اصفهان