SUPERVISOR
Fatallah Karimzadeh,Mohammad Hassan Abbasi
فتح اله کريم زاده (استاد راهنما) محمدحسن عباسي (استاد راهنما)
STUDENT
Faezeh Saeedi khorzoghi
فائزه سعيدي خورزوقي
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1396
TITLE
Fabrication and characterization of high entropy alloy AlNiMnCuCo nanostructure by mechanical alloying method
High entropy alloys are a new class of advanced materials that combine a minimum of 5 and a maximum of 13 different elements with equal and almost equal atomic percentages (5-35%). Such alloys have desirable properties such as mechanical, thermal, corrosion and magnetic properties. For this reason, they have been highly regarded by researchers. The microstructure and properties of high entropy alloys depend on the type and amount of elements. So far, high entropy alloys AlCoCuZnNi, CoCrFeMnNi, AlCuNiFeCr and Al0.3CoCrFeMnNi have good mechanical and thermal properties produced by mechanical sagging alloy and spark plasma splitting. In this regard, it is expected that AlNiMnCuCo alloy will be produced with favorable mechanical and thermal properties. In this study, high entropy alloy AlNiMnCuCo was fabricated by mechanical alloying method. For this purpose, copper, manganese, cobalt, nickel and aluminum alloys were subjected to mechanical alloying process for 80 hours with a bullet to powder ratio of 1:10 at 300 rpm. The results of X-ray diffraction (XRD) test confirmed the formation of FCC solid solution after 80 hours in this alloy. In order to study the morphology of the powder obtained from mechanical alloying, it was evaluated by scanning electron microscopy (SEM) equipped with X-ray separation analysis (EDS). Phase stability criteria in high entropy alloy were calculated which corresponded to the solid solution formation criterion and predicted the formation of FCC solid solution in the alloy. Thermodynamic stability was investigated using Medima model for high entropy alloy AlNiMnCuCo, which was consistent with the results of the X-ray diffraction pattern and showed that the solid solution is the first phase to be formed in the alloy. Differential thermal analysis (DSC) and thermal weight analysis (TGA) were used to investigate the thermal behavior of the alloy. The results showed that the high entropy alloy AlNiMnCuCo has high thermal stability and no intermetallic composition was formed up to the temperature close to the melting point. In order to make a volumetric sample, high entropy alloy powder was compacted by spark plasma sputtering () method at two temperatures of 800 و and 900 و and the optimal sample with FCC + BCC solid solution structure for spattering. Alloy was selected. High entropy alloy density of AlNiMnCuCo, 92.1% was obtained by Archimedes method at ? 800. The mechanical behavior of the alloy was investigated by hardness, Vickers microhardness and shear mandrel tests. The hardness and microhardness obtained for the alloy were HV540 and HV0.3 623, which due to the high hardness can be attributed to the presence of BCC phase in the alloy. Final shear stress and yield values ??were 73.68 and 61.12 MPa, respectively. The wear behavior of the alloy was investigated at both ambient temperatures and 400 استفاده using the wear test up to a distance of 1000 m. The results showed that the predominant mechanism of wear is at ambient temperature and ?400 is adhesive wear. Also, the wear resistance of the alloy at د 400 was higher than the ambient temperature due to the formation of a protective oxide coating at high temperatures. key words High entropy alloy, mechanical alloying, spark plasma welding, thermal behavior, mechanical properties.
چکيده آلياژهاي آنتروپي بالا دسته جديدي از مواد پيشرفته هستند که ترکيبي از حداقل 5 و حداکثر 13 عنصر مختلف با درصد اتمي مساوي و تقريبا مساوي (35-5 درصد) است. اينگونه آلياژها خواص مطلوبي از قبيل خواص مکانيکي، حرارتي، خوردگي و مغناطيسي را دارا هستند. به همين دليل به شدت مورد توجه پژوهشگران واقع شدهاند. ريز ساختار و خواص آلياژهاي آنتروپي بالا بسته به نوع و مقدار عناصر است. تاکنون آلياژهاي آنتروپي بالاي AlCoCuZnNi، CoCrFeMnNi، AlCuNiFeCr و Al 0 . 3 CoCrFeMnNi داراي خواص مطلوب مکانيکي و حرارتي به روش آلياژ ساژي مکانيکي و تفجوشي پلاسمايي جرقهاي توليد شدهاند. در اين راستا انتظار ميرود که آلياژ AlNiMnCuCo با خواص مطلوب مکانيکي و حرارتي توليد شود. در اين پژوهش، آلياژ آنتروپي بالاي AlNiMnCuCo به روش آلياژسازي مکانيکي ساخته شد. بدين منظور ابتدا پودهاي عناصر مس، منگنز، کبالت، نيکل و آلومينيوم به مدت 80 ساعت با نسبت گلوله به پودر 1:10 با دور rpm300 تحت فرآيند آلياژسازي مکانيکي قرار گرفت. نتايج حاصل از آزمون پراش پرتو ايکس (XRD) تشکيل محلول جامد FCC بعد از 80 ساعت را در اين آلياژ تاييد کرد. به منظور بررسي مورفولوژي پودر حاصل از آلياژ سازي مکانيکي با ميکروسکوپ الکتروني روبشي (SEM) مجهز به آناليز تفکيک پرتو ايکس (EDS) ارزيابي شد. معيارهاي پايداري فاز در آلياژ آنتروپي بالا محاسبه شد که با معيار تشکيل محلول جامد تطابق داشت و تشکيل محلول جامد FCC را در آلياژ پيش بيني کرد. پايداري ترموديناميکي با استفاده از مدل مديما براي آلياژ آنتروپي بالاي AlNiMnCuCo بررسي شد که با نتايج حاصل از الگوي پراش پرتو ايکس تطابق داشت و نشان داد محلول جامد اولين فاز تشکيل شونده در آلياژ است. به منظور بررسي رفتار حرارتي آلياژ، از آناليز حرارتي افتراقي (DSC) و آناليز توزين حرارتي (TGA) استفاده شد. نتايج نشان داد که آلياژ آنتروپي بالاي AlNiMnCuCo از پايداري حرارتي بالايي برخوردار است و تا دماي نزديک به نقطه ذوب هيچ گونه ترکيب بينفلزي ايجاد نشد. به منظور ساخت نمونهي حجمي، پودر آلياژ آنتروپي بالا به روش تفجوشي پلاسمايي جرقهاي () در دو دماي ?800 و ?900 متراکم شد و نمونهي بهينه با ساختار محلول جامد FCC+BCC براي تفجوشي آلياژ انتخاب شد. چگالي آلياژ آنتروپي بالاي AlNiMnCuCo، 1/92 % با روش ارشميدس در دماي ?800 به دست آمد. بررسي رفتار مکانيکي آلياژ با آزمونهاي سختي، ريزسختي سنجي ويکرز و سنبه برشي انجام گرفت. سختي و ميکروسختي به دست آمده براي آلياژ، HV540 و HV 0 .3 623 بود که علت بالا بودن سختي را ميتوان وجود فاز BCC در آلياژ دانست. مقادير تنش برشي نهايي و تسليم به ترتيب MPa 68/73و 12/61 به دست آمد. رفتار سايشي آلياژ هم در دو دماي محيط و 400 با استفاده از آزمون سايش تا مسافتm 1000 مورد بررسي قرار گرفت. نتايج نشان داد که مکانيزم غالب سايش در دماي محيط و ? 400 سايش چسبان است. همچنين مقاومت به سايش آلياژ در دماي 400 نسبت به دماي محيط بيشتر به دست آمد که علت اين امر ايجاد پوشش اکسيدي محافظ در دماي بالااست. کلمات کليدي آلياژ آنتروپي بالا، آلياژساز ي مکانيکي، تفجوشي پلاسمايي جرقهاي، رفتار حرارتي ، خواص مکانيکي.