Skip to main content
SUPERVISOR
Fatallah Karimzadeh,Mohammad Hossei Enayati
فتح اله کریم زاده (استاد راهنما) محمدحسین عنایتی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mehdi Rafiei
مهدی رفیعی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1386

TITLE

Formation mechanism of (Fe,Ti)3Al-Al2O3 nanocomposite by mechanical alloying
Fe 3 Al intermetallic compound has several advantages such as high hardness, high melting point, relatively low density and high temperature oxidation resistance. The main problems of this compound are embrittlement at room temperature, low creep resistance at high temperatures and low strength at T 600 o C. These problems can be overcome by adding third alloying element like Ti, decreasing crystallite size and uniform distribution of fine stable particles in the matrix. The aim of this research was to synthesis (Fe,Ti) 3 Al-Al 2 O 3 nanocomposite by mechanical alloying (MA). The formation of (Fe,Ti) 3 Al intermetallic compound by MA was first considered and evaluated by thermodynamic analysis of Fe-Al-Ti ternary system using semi-empirical miedema’s model. In next step (Fe,Ti) 3 Al-Al 2 O 3 nanocomposite was synthesized by utilizing the displacement reactions of Al-TiO 2 and Al-Fe 2 O 3 during mechanical alloying. X-ray diffractometry (XRD), scanning electron microscopy (SEM), differential thermal analysis (DTA) and microhardness measurements were used to characterize powder particles after different milling times. MA of Fe-Al-Ti powder mixture with molar ratio of Fe 50 Al 25 Ti 25 led to the formation of Fe(Al,Ti) solid solution and which transformed to nanocrystalline (Fe,Ti) 3 Al intermetallic compound with DO 3 structure after 100h of milling time. Heat treatment of this compound at 550 o C for 1h led to the formation of ordered structure. Thermodynamic analysis of Fe-Al-Ti ternary system indicated that substitution of Ti for Fe in Fe 3 Al compound reduces the Gi free energy and therefore Fe 3 Al compound is more stable compound compared to (Fe,Ti) 3 Al compound. MA of Fe-Al-TiO 2 powder mixture formed (Fe,Ti) 3 Al-Al 2 O 3 nanocomposite by gradual reaction of TiO 2 and Al. It was found that this reaction occurs in 2 stages: reduction of TiO 2 by Al and then formation of (Fe,Ti) 3 Al compound. (Fe,Ti) 3 Al-Al 2 O 3 nanocomposite was obtained after 5h mechanical alloying of Al-Ti-Fe 2 O 3 powder mixture. Fe 2 O 3 -Al reaction occured with a combustion mode in this system. Also MA of Fe-Al-Ti-Fe 2 O 3 powder mixture led to the formation of (Fe,Ti) 3 Al-Al 2 O 3 nanocomposite by gradual reduction of Fe 2 O 3 by Al. The products of this reaction were disordered (Fe,Ti) 3 Al intermetallic compound and amorphous Al 2 O 3 . Heat treatment of
ترکیب بین فلزی Fe 3 Al دارای خواص مطلوبی نظیر سختی بالا، نقطه ذوب بالا، چگالی نسبتاً پایین، خواص خوردگی و اکسیداسیون دمای بالای مطلوب و استحکام تسلیم مناسب تا دمای 600 درجه سانتیگراد می باشد. مشکلات اساسی این ترکیب تردی شدید در دمای محیط، مقاومت خزشی پایین در دمای بالا و همچنین افت استحکام در دمای های بالای 600 درجه سانتیگراد می باشد. این مشکلات را می توان تا حد زیادی از طریق افزودن عنصر آلیاژی سوم مانند تیتانیوم به ساختار این ترکیب، کاهش اندازه دانه ها تا ابعاد نانومتری و توزیع یکنواخت ذرات ریز فاز ثانویه در زمینه برطرف نمود. هدف از انجام این پژوهش تولید نانوکامپوزیت (Fe,Ti) 3 Al-Al 2 O 3 با روش آلیاژسازی مکانیکی می باشد. بدین منظور در ابتدا ترکیب بین فلزی (Fe,Ti) 3 Al تولید و اثر حضور تیتانیوم بر روی رفتار آلیاژسازی مخلوط پودر آهن-آلومینیوم بررسی گردید. همچنین ترمودینامیک انحلال در سیستم Fe-Al-Ti توسط مدل مدیمای توسعه یافته برای سیستم های سه تایی بطور مختصر مورد بررسی قرار گرفت. در مرحله بعد نانوکامپوزیت (Fe,Ti) 3 Al-Al 2 O 3 از دو مسیر احیای اکسید تیتانیوم (TiO 2 ) و اکسید آهن (Fe 2 O 3 ) تولید گردید. بدین منظور مخلوط های پودری Fe-Al-TiO 2 ، Al-Ti-Fe 2 O 3 و Fe-Al-Ti-Fe 2 O 3 آلیاژسازی شدند. در نهایت سینتیک واکنش احیای هماتیت توسط آلومینیوم با استفاده از روش بدون مدل کسینجر بررسی گردید. جهت مشخصه یابی ذرات پودر تولیدی از آنالیزهای پراش پرتو ایکس (XRD)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، ریزسختی سنجی و آنالیز حرارتی (DTA) استفاده شد. آلیاژسازی مخلوط پودر آهن، آلومینیوم و تیتانیوم با نسبت استوکیومتری Fe 50 Al 25 Ti 25 در ابتدا منجر به تشکیل محلول جامد Fe(Al,Ti) و در ادامه ترکیب بین فلزی (Fe,Ti) 3 Al شد. عملیات حرارتی این ترکیب در دمای 550 درجه سانتیگراد و به مدت 1 ساعت باعث تبدیل ساختار نامنظم این ترکیب به ساختار منظم گردید. بررسی ترمودینامیک انحلال در سیستم Fe-Al-Ti نشان داد که افزودن تیتانیوم به ترکیب Fe 3 Al باعث کاهش انرژی آزاد گیبس این ترکیب به میزان دو برابر و پایدارتر شدن این ترکیب می شود. آلیاژسازی مخلوط پودر Fe-Al-TiO 2 منجر به تشکیل نانوکامپوزیت (Fe,Ti) 3 Al-Al 2 O 3 از طریق واکنش احیای تدریجی اکسید تیتانیوم توسط آلومینیوم می شود. واکنش تشکیل این نانوکامپوزیت در دو مرحله، ابتدا احیای TiO 2 توسط آلومینیوم و سپس تشکیل ترکیب (Fe,Ti) 3 Al انجام می شود. محصولات این واکنش فازهای (Fe,Ti) 3 Al نامنظم و Al 2 O 3 آمورف می باشند. با عملیات حرارتی این ترکیب در دمای 900 درجه سانتیگراد و به مدت 1 ساعت فاز Al 2 O 3 متبلور و درجه نظم ترکیب (Fe,Ti) 3 Al افزایش می یابد. با آلیاژسازی مخلوط استوکیومتری Al-Ti-Fe 2 O 3 نانوکامپوزیت (Fe,Ti) 3 Al-Al 2 O 3 بعد از 5 ساعت آلیاژسازی تولید گردید.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی