Skip to main content
SUPERVISOR
Fatallah Karimzadeh,Mohammad Hossei Enayati
فتح اله کريم زاده (استاد راهنما) محمدحسين عنايتي (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mehdi Rafiei
مهدي رفيعي

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
ترکيب بين فلزي Fe 3 Al داراي خواص مطلوبي نظير سختي بالا، نقطه ذوب بالا، چگالي نسبتاً پايين، خواص خوردگي و اکسيداسيون دماي بالاي مطلوب و استحکام تسليم مناسب تا دماي 600 درجه سانتيگراد مي باشد. مشکلات اساسي اين ترکيب تردي شديد در دماي محيط، مقاومت خزشي پايين در دماي بالا و همچنين افت استحکام در دماي هاي بالاي 600 درجه سانتيگراد مي باشد. اين مشکلات را مي توان تا حد زيادي از طريق افزودن عنصر آلياژي سوم مانند تيتانيوم به ساختار اين ترکيب، کاهش اندازه دانه ها تا ابعاد نانومتري و توزيع يکنواخت ذرات ريز فاز ثانويه در زمينه برطرف نمود. هدف از انجام اين پژوهش توليد نانوکامپوزيت (Fe,Ti) 3 Al-Al 2 O 3 با روش آلياژسازي مکانيکي مي باشد. بدين منظور در ابتدا ترکيب بين فلزي (Fe,Ti) 3 Al توليد و اثر حضور تيتانيوم بر روي رفتار آلياژسازي مخلوط پودر آهن-آلومينيوم بررسي گرديد. همچنين ترموديناميک انحلال در سيستم Fe-Al-Ti توسط مدل مديماي توسعه يافته براي سيستم هاي سه تايي بطور مختصر مورد بررسي قرار گرفت. در مرحله بعد نانوکامپوزيت (Fe,Ti) 3 Al-Al 2 O 3 از دو مسير احياي اکسيد تيتانيوم (TiO 2 ) و اکسيد آهن (Fe 2 O 3 ) توليد گرديد. بدين منظور مخلوط هاي پودري Fe-Al-TiO 2 ، Al-Ti-Fe 2 O 3 و Fe-Al-Ti-Fe 2 O 3 آلياژسازي شدند. در نهايت سينتيک واکنش احياي هماتيت توسط آلومينيوم با استفاده از روش بدون مدل کسينجر بررسي گرديد. جهت مشخصه يابي ذرات پودر توليدي از آناليزهاي پراش پرتو ايکس (XRD)، ميکروسکوپ الکتروني روبشي (SEM)، ريزسختي سنجي و آناليز حرارتي (DTA) استفاده شد. آلياژسازي مخلوط پودر آهن، آلومينيوم و تيتانيوم با نسبت استوکيومتري Fe 50 Al 25 Ti 25 در ابتدا منجر به تشکيل محلول جامد Fe(Al,Ti) و در ادامه ترکيب بين فلزي (Fe,Ti) 3 Al شد. عمليات حرارتي اين ترکيب در دماي 550 درجه سانتيگراد و به مدت 1 ساعت باعث تبديل ساختار نامنظم اين ترکيب به ساختار منظم گرديد. بررسي ترموديناميک انحلال در سيستم Fe-Al-Ti نشان داد که افزودن تيتانيوم به ترکيب Fe 3 Al باعث کاهش انرژي آزاد گيبس اين ترکيب به ميزان دو برابر و پايدارتر شدن اين ترکيب مي شود. آلياژسازي مخلوط پودر Fe-Al-TiO 2 منجر به تشکيل نانوکامپوزيت (Fe,Ti) 3 Al-Al 2 O 3 از طريق واکنش احياي تدريجي اکسيد تيتانيوم توسط آلومينيوم مي شود. واکنش تشکيل اين نانوکامپوزيت در دو مرحله، ابتدا احياي TiO 2 توسط آلومينيوم و سپس تشکيل ترکيب (Fe,Ti) 3 Al انجام مي شود. محصولات اين واکنش فازهاي (Fe,Ti) 3 Al نامنظم و Al 2 O 3 آمورف مي باشند. با عمليات حرارتي اين ترکيب در دماي 900 درجه سانتيگراد و به مدت 1 ساعت فاز Al 2 O 3 متبلور و درجه نظم ترکيب (Fe,Ti) 3 Al افزايش مي يابد. با آلياژسازي مخلوط استوکيومتري Al-Ti-Fe 2 O 3 نانوکامپوزيت (Fe,Ti) 3 Al-Al 2 O 3 بعد از 5 ساعت آلياژسازي توليد گرديد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی