ساخت آلياژ آنتروپي بالاي CoCuFeMnNi با روش آلياژسازي مکانيکي و تف¬جوشي پلاسمايي جرقه¬اي و ارزيابي اتصال فاز مايع گذراي 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 اين پژوهش آلياژ آنتروپي بالاي CoCuFeMnNi با روش آلياژسازي مکانيکي و تف¬جوشي پلاسمايي جرقه¬اي () ساخته شده و رفتار آن حين فرآيند اتصال فاز مايع گذرا (TLP) مورد بررسي قرار گرفت. ساخت پودر آلياژ آنتروپي بالاي CoCuFeMnNi با استفاده از دو آسياب معمولي و آسياب پرانرژي انجام شد. نتايج طيف¬سنجي تفکيک انرژي پرتو ايکس (EDS) نشان داد در پودر سنتز شده با استفاده از آسياب معمولي پس از 100 ساعت آلياژسازي مکانيکي، انحلال کامل عناصر انجام نمي¬شود. نتايج پراش پرتو ايکس (XRD) و EDS پودر سنتز شده با استفاده از آسياب پرانرژي نشان داد که پس از 30 ساعت آلياژسازي مکانيکي محلول جامد تکفاز FCC تشکيل مي¬شود. فرآيند آلياژسازي مکانيکي به منظور همگن¬سازي پودر سنتز شده تا 50 ساعت ادامه پيدا کرد. فرآيند در دماهاي 750، 800، 850 و °C 900 انجام شد. نتايج XRD و تصاوير ميکروسکوپ الکتروني روبشي (SEM) نشان داد پس از فرآيند ، محلول جامد تکفاز FCC تشکيل مي¬شود. نتايج EDS توزيع يکنواخت عناصر پس از فرآيند تف¬جوشي پلاسمايي جرقه¬اي و تطابق ترکيب شيميايي آلياژ با ترکيب اسمي را نشان داد. چگالي نمونه¬ها با روش ارشميدس اندازه¬گيري شد و نمونه سنتز شده در دماي °C 850 با 3 درصد تخلخل به عنوان نمونه بهينه در نظر گرفته شد. متوسط سختي و ريزسختي اين آلياژ به ترتيب برابر با VHN 390 و VH0.1N 330 اندازه¬گيري شد. نتايج آزمون سنبه برشي نشان داد متوسط استحکام برشي اين آلياژ برابر با MPa 320 مي¬باشد. اتصال TLP آلياژ با استفاده از لايه مياني AWS BNi-2 و در دماي °C 1050 و در زمان¬هاي 20، 60، 180 و 240 دقيقه انجام شد. سيکل حرارتي ناشي از فرآيند اتصال TLP منجر به افزايش کسر تخلخل¬ها در فلز پايه مي¬شود. تصاوير SEM و نتايج EDS نشان داد در زمان¬هاي کم اتصال¬دهي، ترکيبات غني از کروم و Mn3Si در ناحيه اتصال تشکيل مي¬شوند. با افزايش زمان اتصال¬دهي ترکيبات بين فلزي تشکيل شده در محل اتصال از بين رفته و ساختار يکنواخت ناشي از انجماد همدماي تقريبا کامل در محل اتصال تشکيل شد. به منظور بررسي خواص مکانيکي اتصالات، استحکام برشي و تغييرات ريزسختي در مقطع اتصال اندازه¬گيري شد. نتايج نشان داد با افزايش زمان اتصال¬دهي تا 240 دقيقه به دليل حذف ترکيبات بين¬فلزي تشکيل شده در محل اتصال، استحکام برشي افزايش پيدا مي¬کند. حداکثر استحکام در نمونه با زمان اتصال¬دهي 240 دقيقه و برابر با MPa 180 بدست آمد. تغييرات ريزسختي در مقطع اتصال نشان داد در نمونه با زمان اتصال¬دهي 20 دقيقه، افزايش سختي در ناحيه اتصال و در نمونه¬هاي با زمان¬هاي 60، 180 و 240 دقيقه افت سختي اتفاق مي¬افتد. دليل افزايش سختي در نمونه با زمان 20 دقيقه حضور ترکيبات غني از کروم و Mn3Si بوده و دليل افت سختي در ناحيه اتصال ساير نمونه¬ها تشکيل محلول جامد ?-نيکل در اين ناحيه مي¬باشد. تصاوير SEM سطوح شکست نشان داد در نمونه با زمان اتصال¬دهي 20 دقيقه شکست ترد رخ داده و در نمونه با زمان اتصال¬دهي 240 دقيقه شکست نرم اتفاق مي¬افتد. دليل اين موضوع تشکيل ترکيبات غني از کروم در زمان اتصال¬دهي 20 دقيقه و حذف آن¬ها در زمان 240 دقيقه مي¬باشد. همچنين اتصال TLP آلياژ با استفاده از لايه مياني مس و دردماهاي °C 1050، °C 1080 و °C و °C 1100 و به مدت 60 دقيقه انجام شد. بررسي¬هاي ريزساختاري نشان داد که در دماهاي °C 1050 و °C 1100 حفراتي در محل اتصال تشکيل مي¬شود. به همين دليل استحکام برشي اين اتصالات پايين بود. در دماي °C 1080 ساختاري يکنواخت در محل اتصال ايجاد شد. در ادامه تاثير زمان TLP در دماي °C 1080 مورد بررسي قرار گرفت. نتايج EDS نشان داد در محل اتصال نمونه-هاي اتصال داده شده با لايه مياني مس، محلول جامدي شامل عناصر تشکيل دهنده فلز پايه تشکيل مي¬شود. بررسي ¬هاي ريزساختاري نشان داد با افزايش زمان نگه¬داري حفره¬هاي تشکيل شده در محل اتصال کاهش مي¬يابد که باعث افزايش استحکام برشي با افزايش زمان اتصال¬دهي مي¬شود. حداکثر استحکام برشي (MPa 292) در نمونه با زمان اتصال¬دهي 20 دقيقه حاصل شد. تغييرات ريزسختي در مقطع اتصال نمونه¬هاي اتصال داده شده با لايه مياني مس نشان داد در محل اتصال به دليل تشکيل محلول جامد CoCuFeMnNi افت سختي مشاهده مي¬شود.