ساخت آلیاژ آنتروپی بالای CoCuFeMnNi با روش آلیاژسازی مکانیکی و تف¬جوشی پلاسمایی جرقه¬ای و ارزیابی اتصال فاز مایع گذرای آن

STUDENT

DEGREE

YEAR

In this study CoCuFeMnNi high entropy alloy (HEA) was fabricated by mechanical alloying (MA) and spark plasma sintering () and the transient liquid phase bonding of this alloy was evaluated. CoCuFeMnNi HEA powders was synthesized by an ordinary and a high energy ball mill machine. EDS results showed in powders fabricated by ordinary ball mill machine the solution of elements was not completed after 100 h MA. In powders fabricated by high energy ball mill machine, XRD and EDS results showed FCC single

در این پژوهش آلیاژ آنتروپی بالای CoCuFeMnNi با روش آلیاژسازی مکانیکی و تف¬جوشی پلاسمایی جرقه¬ای () ساخته شده و رفتار آن حین فرآیند اتصال فاز مایع گذرا (TLP) مورد بررسی قرار گرفت. ساخت پودر آلیاژ آنتروپی بالای CoCuFeMnNi با استفاده از دو آسیاب معمولی و آسیاب پرانرژی انجام شد. نتایج طیف¬سنجی تفکیک انرژی پرتو ایکس (EDS) نشان داد در پودر سنتز شده با استفاده از آسیاب معمولی پس از 100 ساعت آلیاژسازی مکانیکی، انحلال کامل عناصر انجام نمی¬شود. نتایج پراش پرتو ایکس (XRD) و EDS پودر سنتز شده با استفاده از آسیاب پرانرژی نشان داد که پس از 30 ساعت آلیاژسازی مکانیکی محلول جامد تکفاز FCC تشکیل می¬شود. فرآیند آلیاژسازی مکانیکی به منظور همگن¬سازی پودر سنتز شده تا 50 ساعت ادامه پیدا کرد. فرآیند در دماهای 750، 800، 850 و °C 900 انجام شد. نتایج XRD و تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) نشان داد پس از فرآیند ، محلول جامد تکفاز FCC تشکیل می¬شود. نتایج EDS توزیع یکنواخت عناصر پس از فرآیند تف¬جوشی پلاسمایی جرقه¬ای و تطابق ترکیب شیمیایی آلیاژ با ترکیب اسمی را نشان داد. چگالی نمونه¬ها با روش ارشمیدس اندازه¬گیری شد و نمونه سنتز شده در دمای °C 850 با 3 درصد تخلخل به عنوان نمونه بهینه در نظر گرفته شد. متوسط سختی و ریزسختی این آلیاژ به ترتیب برابر با VHN 390 و VH0.1N 330 اندازه¬گیری شد. نتایج آزمون سنبه برشی نشان داد متوسط استحکام برشی این آلیاژ برابر با MPa 320 می¬باشد. اتصال TLP آلیاژ با استفاده از لایه میانی AWS BNi-2 و در دمای °C 1050 و در زمان¬های 20، 60، 180 و 240 دقیقه انجام شد. سیکل حرارتی ناشی از فرآیند اتصال TLP منجر به افزایش کسر تخلخل¬ها در فلز پایه می¬شود. تصاویر SEM و نتایج EDS نشان داد در زمان¬های کم اتصال¬دهی، ترکیبات غنی از کروم و Mn3Si در ناحیه اتصال تشکیل می¬شوند. با افزایش زمان اتصال¬دهی ترکیبات بین فلزی تشکیل شده در محل اتصال از بین رفته و ساختار یکنواخت ناشی از انجماد همدمای تقریبا کامل در محل اتصال تشکیل شد. به منظور بررسی خواص مکانیکی اتصالات، استحکام برشی و تغییرات ریزسختی در مقطع اتصال اندازه¬گیری شد. نتایج نشان داد با افزایش زمان اتصال¬دهی تا 240 دقیقه به دلیل حذف ترکیبات بین¬فلزی تشکیل شده در محل اتصال، استحکام برشی افزایش پیدا می¬کند. حداکثر استحکام در نمونه با زمان اتصال¬دهی 240 دقیقه و برابر با MPa 180 بدست آمد. تغییرات ریزسختی در مقطع اتصال نشان داد در نمونه با زمان اتصال¬دهی 20 دقیقه، افزایش سختی در ناحیه اتصال و در نمونه¬های با زمان¬های 60، 180 و 240 دقیقه افت سختی اتفاق می¬افتد. دلیل افزایش سختی در نمونه با زمان 20 دقیقه حضور ترکیبات غنی از کروم و Mn3Si بوده و دلیل افت سختی در ناحیه اتصال سایر نمونه¬ها تشکیل محلول جامد ?-نیکل در این ناحیه می¬باشد. تصاویر SEM سطوح شکست نشان داد در نمونه با زمان اتصال¬دهی 20 دقیقه شکست ترد رخ داده و در نمونه با زمان اتصال¬دهی 240 دقیقه شکست نرم اتفاق می¬افتد. دلیل این موضوع تشکیل ترکیبات غنی از کروم در زمان اتصال¬دهی 20 دقیقه و حذف آن¬ها در زمان 240 دقیقه می¬باشد. همچنین اتصال TLP آلیاژ با استفاده از لایه میانی مس و دردماهای °C 1050، °C 1080 و °C و °C 1100 و به مدت 60 دقیقه انجام شد. بررسی¬های ریزساختاری نشان داد که در دماهای °C 1050 و °C 1100 حفراتی در محل اتصال تشکیل می¬شود. به همین دلیل استحکام برشی این اتصالات پایین بود. در دمای °C 1080 ساختاری یکنواخت در محل اتصال ایجاد شد. در ادامه تاثیر زمان TLP در دمای °C 1080 مورد بررسی قرار گرفت. نتایج EDS نشان داد در محل اتصال نمونه-های اتصال داده شده با لایه میانی مس، محلول جامدی شامل عناصر تشکیل دهنده فلز پایه تشکیل می¬شود. بررسی ¬های ریزساختاری نشان داد با افزایش زمان نگه¬داری حفره¬های تشکیل شده در محل اتصال کاهش می¬یابد که باعث افزایش استحکام برشی با افزایش زمان اتصال¬دهی می¬شود. حداکثر استحکام برشی (MPa 292) در نمونه با زمان اتصال¬دهی 20 دقیقه حاصل شد. تغییرات ریزسختی در مقطع اتصال نمونه¬های اتصال داده شده با لایه میانی مس نشان داد در محل اتصال به دلیل تشکیل محلول جامد CoCuFeMnNi افت سختی مشاهده می¬شود.