Skip to main content
SUPERVISOR
Fatallah Karimzadeh,Mohammad Hassan Abbasi,Mohammad Hossei Enayati
فتح اله کريم زاده (استاد راهنما) محمدحسن عباسي (استاد راهنما) محمدحسين عنايتي (استاد مشاور)
 
STUDENT
Tayebeh Mousavi
طيبه موسوي

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1384

TITLE

Fabrication and characterization of TiNi intemetallic nanocomposite
In this research, Synthesis of nanocrystalline NiTi powder and NiTi/?-Al 2 O 3 nanocomposite with 10 and 20 weight percent Al 2 O 3 by mechanical alloying (MA) in a planetary ball mill under argon atmosphere were investigated. The structural evaluation of powders was studied by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), differential scanning calorimetry (DSC) and microhardness measurements. Thermodynamic and kinetic analyses of the process were carried out using Miedema model and Coats-Redfern method respectively. The results showed that MA of Ni 50 Ti 50 leads to the formation of nanocrystalline B2-NiTi. At the early stages of MA, a lamellar structure of components is formed with the dissolution of Ti in Ni at the same time. With the progress of MA, the resulting supersaturated solid solution becomes non-stoichiometric and finally disordered stoichiometric NiTi with nanometeric grain size is formed. Annealing of the milled powder leads to increase in long range order to 0.94 and formation of small amounts of NiTi 2 and Ni 3 Ti phases. Thermodynamic analysis in this system revealed that the MA product of Ni 50 Ti 50 is the phase with the most negative Gi free energy change amongst competing phases at the considered composition. The results also showed that NiTi/Al 2 O 3 nanocomposite can not be synthesized by MA of powder mixture of Ni-Ti-Al 2 O 3 in a steel cup, but MA of a powder mixture containing NiO-Al-Ti-Ni and mechanochemical reduction of NiO by Al showed that nanometric Al 2 O 3 particles can be dispersed in nanocrysatalline NiTi matrix. Nanocomposite formation mechanism depends on Al 2 O 3 weight percent. It is diffusion controlled for NiTi-10wt.%Al 2 O 3 and self-propagating combustion for NiTi-20wt.%Al 2 O 3 . The presence of Al 2 O 3 dispersoids in the NiTi matrix leads to increase of hardness and decrease of grain growth and ordering degree and finally high thermal stability of NiTi during annealing. Kinetic analysis showed that NiO-Al reaction has a chemical controlled mechanism in contracting cylinder model with 490 kJ activation energy. MA caused kinetic model change to contracting sphere and activation energy decrease to 397 kJ.
چکيده در اين پژوهش، ساخت پودرهاي نانوساختار NiTi و نانوکامپوزيت NiTi-Al 2 O 3 با دو درصد وزني Al 2 O 3 به مقادير 10 و 20 به روش آلياژسازي مکانيکي در آسياب گلوله اي سياره اي تحت اتمسفر آرگون بررسي شد. مطالعات ريزساختاري به وسيله آزمون هاي پراش پرتو ايکس (XRD)، ميکروسکوپ الکتروني روبشي (SEM)، ميکروسکوپ الکتروني عبوري (TEM)، آناليز حرارتي و ريزسختي سنجي ارزيابي شد. بررسي هاي ترموديناميکي و سينتيکي به ترتيب براساس مدل نيمه تجربي مديما و روش انتگرال گيري با تقريب کوتز-ردفرن انجام گرفت. نتايج نشان داد که آلياژسازي مکانيکي مخلوط پودر Ni 50 Ti 50 منجر به تشکيل ترکيب نانوساختار B2-NiTi مي گردد. مکانيزم تشکيل اين ترکيب با شکل گيري ساختار لايه اي از مواد اوليه و انحلال اتم هاي تيتانيم در نيکل آغاز مي شود. با ادامه فرايند محلول جامد فوق اشباع و ساختار غيراستوکيومتري NiTi ايجاد مي شود که در نهايت به ترکيب تقريباً استوکيومتري و نامنظم NiTi با اندازه دانه نانومتري تبديل مي گردد. عمليات حرارتي محصول باعث افزايش پارامتر نظم شبکه تا مقدار 94/0 و حضور فازهاي NiTi 2 و Ni 3 Ti مي شود. بررسي هاي ترموديناميکي در سيستم دوتايي Ni-Ti نشان داد که در همه ترکيب هاي شيميايي محلول جامد در مقايسه با فاز آمورف پايدارتر است. همچنين محصول آلياژسازي مکانيکي Ni 50 Ti 50 با نتايج بررسي هاي ترموديناميکي منطبق بوده و فازي با پايين ترين سطح انرژي آزاد مي باشد. بر اساس نتايج به دست آمده در زمينه ساخت نانو کامپوزيت NiTi - Al 2 O 3 مشخص شد که امـکان توليد اين نانوکامپوزيت به طور مستقيم با آلياژسازي مکانيـکي مخلوط پودري Ni-Ti-Al 2 O 3 در محفظه هاي فولادي وجود ندارد. ساخت اين نانوکامپوزيت با استفاده از پودرهاي Ni-Ti-Al-NiO و احياء مکانوشيميايي NiO توسط Al نشان داد که ذرات Al 2 O 3 با اندازه ذرات کمتر از 30 نانومتر در زمينه NiTi با دانه هاي کريستالي نانومتري توزيع مي شود. تغيير درصد وزني Al 2 O 3 در نانوکامپوزيت، منجر به تغيير مکانيزم واکنش مي گردد به گونه اي که در نانوکامپوزيت حاوي 10 درصد وزني مکانيـزم تدريجي و در 20 درصد وزني مکانيـزم احتراق خودپيشرونده حاکم مي باشد. حضور ذرات نانومتري Al 2 O 3 در زمينه نانوساختار NiTi باعث افزايش سختي و افزايش پايداري حرارتي از جمله کاهش رشد دانه هاي کريستالي و عدم دستيابي به ساختار با نظم بالا بعد از عمليات حرارتي مي گردد که اين اثرات با افزايش درصد وزني Al 2 O 3 تشديد مي شود. بررسي هاي سينتيکي نشان داد که انجام واکنش NiO و Al با مدل واکنش شيميايي براي ذرات استوانه اي و انرژي اکتيواسيون حدود 490 کيلوژول صورت مي گيرد. آلياژسازي مکانيکي مخلوط اين دو پودر منجر به تغيير مدل سينتيـکي به واکنش شيميايي براي ذرات کروي و کاهش انرژي اکتيواسيون به 397 کيلوژول مي شود.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی