Skip to main content
SUPERVISOR
Mohammad Hassan Abbasi,Fatallah Karimzadeh
محمدحسن عباسی (استاد راهنما) فتح اله کریم زاده (استاد راهنما)
 
STUDENT
Soheil Sabooni
سهیل صابونی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1388

TITLE

Study on the effect of reinforcement phases on the synthesis and mechanical properties of nanostructured Ti5Si3
Ti 5 Si 3 intermetallic compound have several advantageous such as high melting point, high hardness, relatively low density and high temperature oxidation resistance especially in temperatures lower than 1000 0 C. Monolithic Ti 5 Si 3 has been fabricated by various methods including: arc melting of Ti and Si, rhock assisted sintering, reaction sintering and self propagating combustion synthesis. The final product in all of these processes was brittle and had low fracture toughness. It should be noted that low ductility and fracture toughness of this compound is related to low symmetry in crystal structure and highly covalent bonding that increase the peierls stress. Fracture toughness of Ti 5 Si 3 can be overcome by decreasing of grain size to nanometric scale, addition of third element and uniform distribution of fine stable reinforcements in the matrix. It is reported that Al 2 O 3 is a good reinforcement candidate in the intermetallic matrix composite. In fact desirable properties of Al 2 O 3 such as low density, high specific strength and high modulus can provide stiff ceramic inclusions into and intermetallic matrix such as Ti 5 Si 3 . In this study, Nanostructured Ti 5 Si 3 was synthesized by mechanical alloying of Ti 62.5 Si 37.5 powder mixture and the effect of Nb was investigated on the formation mechanism and thermal stability of this compound. Miedema model was used to predict first phase formed in the mechanical alloying of Ti 62.5 Si 37.5 . Afterwards Ti 5 Si 3 -Al 2 O 3 nanocomposites with different percentage of reinforcing phase were synthesized and the effect of diluents was studied on the formation mechanism. Nanostructured Ti 5 Si 3 and Ti 5 Si 3 -Al 2 O 3 nanocomposites were then cold pressed and sintered at 1400 0 C to obtain suitable condensed pieces. X-Ray Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM), Transmission Electron Microscopy (TEM), Particle Size Analyser (PSA) and Nanoindentation tester were used to characterize produced powders and sintered samples. According to Miedema model, intermetallic compound has the lowest Gi free energy compared with solid solution and amorphous phases and so is the first phase formed in the mechanical alloying of Ti 62.5 Si 37.5 powder mixture. Mechanical alloying results showed that nanostructured Ti 5 Si 3 and Ti 5 Si 3 -Al 2 O 3 nanocomposite were formed gradually during milling with final crystallite size of 15 and 13nm after 45h. TEM results also confirmed nanometric crystallite size of produced powders. In-situ fabrication of Al 2 O 3 reinforcements by reduction of TiO 2 with Al, caused fine distribution of nanometric Al 2 O 3 . The macrohardness of bulk Nanostructured Ti 5 Si 3 and Ti 5 Si 3 -15Wt.% Al 2 O 3 nanocomposite were evaluated as 950 and 1100 HV. Fracture toughness of these two compounds were calculated as 4 and 5.5 MPa.m 1/2 , respectively. Also elastic moduli of these two compounds were determined as 187 and 238 GPa, respectively. It is well known that fracture toughness of a material is not dependent only to composition but also ability of its microstructure to dissipate deformation energy without propagation of cracks. In brittle materials, such as ceramics and intermetallics,
ترکیب بین فلزی Ti5Si3 به دلیل نقطه ذوب بسیار بالا، دانسیته نسبتا پایین، مقاومت خزشی عالی و مقاومت به اکسیداسیون مطلوب در دمای کمتر از 1000 درجه سانتیگراد یکی از جالب توجه ترین ترکیبات بین فلزی سیلیسایدی است. در سالهای اخیر تلاش های فراوانی جهت برطرف نمودن تردی این ترکیب بین فلزی صورت گرفته است که از آن جمله می توان به افزودن عنصر آلیاژی در ساختار، کاهش اندازه دانه ها و توزیع ذرات فاز ثانویه به درون زمینه و تولید کامپوزیت اشاره نمود. در این پژوهش هدف کاهش اندازه دانه و تولید درجای ذرات فاز ثانویه نانومتری در زمینه با استفاده از روش آلیاژسازی مکانیکی جهت افزایش چقرمگی شکست ترکیب بین فلزی Ti5Si3 می باشد. بدین منظور در ابتدا ترکیب بین فلزی Ti5Si3 از مخلوط پودری Ti62.5Si37.5 سنتز گردید و تاثیر عنصر نیوبیوم بر مکانیزم تشکیل و پایداری حرارتی آن بررسی گردید. همچنین جهت پیش بینی اولین فاز شکل گرفته حین آلیاژسازی مکانیکی از مدل ترمودینامیکی مدیما استفاده گردید. در ادامه نانوکامپوزیت های Ti5Si3-Al2O3 با درصدهای مختلف فاز ثانویه از طریق آسیاب کاری مخلوط پودری TiO2-Al-Si-Ti سنتز شده، مکانیزم تشکیل آنها و تاثیر عنصر رقیق کننده بر مکانیزم تشکیل مورد بررسی قرار گرفت. پس از آن ترکیب بین فلزی نانوساختار Ti5Si3 و نانوکامپوزیت Ti5Si3-Al2O3 حاوی 15 و 25 درصد فاز ثانویه بوسیله فرآیند پرس سرد و زینتر در 1400 درجه سانتیگراد به مدت 90 دقیقه به قطعات متراکمی تبدیل گردید. تغییرات فازی و مطالعات ریزساختاری بوسیله آزمون های پراش پرتو ایکس (XRD)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) به همراه طیف سنج توزیع انرژی پرتو ایکس (EDS) و میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) انجام گرفت. خواص مکانیکی از جمله سختی، مدول الاستیک و چقرمگی شکست نمونه های زینتر شده نیز توسط ماکروسختی سنجی و نانوسختی سنجی تعیین گشت. مدل ترمودینامیکی مدیما پیش بینی کرد که ترکیب بین فلزی اولین فازی است که در حین آلیاژسازی مکانیکی تیتانیوم و سیلیسیوم شکل می گیرد. نتایج آلیاژسازی مکانیکی نشان داد که تشکیل ترکیب بین فلزی Ti5Si3 و نانوکامپوزیت های Ti5Si3-Al2O3 با درصدهای مختلف فاز ثانویه حین آسیاب کاری به صورت تدریجی روی داده است. ترکیب بین فلزی Ti5Si3 و نانوکامپوزیت حاوی 50 درصد وزنی فاز ثانویه Al2O3 پس از 45 ساعت آسیاب کاری به ترتیب دارای اندازه دانه ای معادل 15 و 13 نانومتر می باشند. تولید درجای فاز ثانویه آلومینا توسط واکنش احیای دی اکسید تیتانیوم توسط آلومینیوم سبب توزیع ذرات آلومینای نانومتری در زمینه گردید. پس از زینتر سختی ترکیب نانوساختار Ti5Si3 و نانوکامپوزیت حاوی 15 درصد وزنی آلومینا به ترتیب معادل 950 و 1100 ویکرز تعیین گردید. چقرمگی شکست این دو ترکیب، به ترتیب معادل 4 و 5/5 (MPa.m1/2) محاسبه گردید. مدول یانگ این دو ترکیب نیز توسط آزمون نانوسختی سنجی معادل 187و 238 گیگاپاسکال به دست آمد. همچنین اصلی ترین مکانیزم افزایش چقرمگی شکست در نانوکامپوزیت حاوی 15 درصد وزنی آلومینا نسبت به ترکیب نانوساختار Ti

ارتقاء امنیت وب با وف بومی