Skip to main content
SUPERVISOR
Mahmood Meratian isfahani,Masoud Panepour
محمود مراتیان اصفهانی (استاد راهنما) مسعود پنجه پور (استاد راهنما)
 
STUDENT
Fateme Malekpour
فاطمه ملک پور

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1396

TITLE

Study on the formation mechanism of TiAl intermetallic compound by the methods of molecular dynamic simulation and spark plasma sintering process
TiAl intermetallic compound has attracted extensively interesting for many years due to its high melting temperature, adequate high-temperature strength, excellent oxidation, corrosion resistance, and good strength retention ability and low density. For this reason, detect the mechanism of its formation and a method for accelerating the diffusion process. Two distinct methods of spark plasma sintering () and molecular dynamic simulation (LAMMPS software) and the EAM potential were used. In the first method, molecular dynamic simulation for the detect formation mechanism of Ti-Al was used. The molecular dynamic simulation had been employed as a suitable replacement for study in the system's atomistic behavior. In this way, the sample was annealed at 300K, equaled in 300K, then annealed to 900K, and equaled in 900K, the samples were heated at different temperatures (1100, 1450°C) and then the sample was equaled temperatures in many times. In this way, the investigated effect of Fick’s second law in reaction mechanism and the rate of the formation and reaction progress depends on the diffusion coefficient of atoms and the
ترکیب بین فلزی TiAl در سال های متمادی، به طور گسترده به‌دلیل خواصی نظیر دمای ذوب بالا، استحکام در دمای بالا، مقاومت به اکسیداسیون مناسب، مقاومت به خوردگی در دماهای بالا، استحکام خزشی عالی و چگالی کم مورد توجه بوده است. ازین رو بررسی مکانیزم تشکیل این ترکیب و یافتن راه هایی برای تسریع بخشیدن نفوذ اتم ها در یکدیگر از اهمیت زیادی برخوردار است. در این پژوهش دو روش تجربی و شبیه سازی مورد استفاده قرار گرفته است. در روش تجربی از تف‌جوشی پلاسمایی جرقه‌ای () و در روش شبیه سازی دینامیک ملکولی Molecular Dynamic)) از نرم افزار لمپس(LAMMPS) و پتانسیل EAM استفاده شد. در روش اول، شبیه سازی دینامیک ملکولی به منظور کشف مکانیزم تشکیل ترکیب بین فلزی TiAlو بررسی تشکیل فاز ها ونفوذ اتم ها در یکدیگر در مقیاس اتمی مورد استفاده قرار گرفته است. در این روش نمونه با نرخ گرمایش 01/0 درجه کلوین بر 100 فمتوثانیه تا دمای 300 کلوین در انسمبل NPT گرم شد و بعد از به تعادل رسانی با همان نرخ گرمایش تا دمای 1100درجه کلوین و یار دیگر به منظور مقایسه تا دمای 1450درجه کلوین گرم گردید و پس از آن برای مدت زمان طولانی به تعادل رسید. مشاهده شد که روند نفوذ تابعی از قانون دوم فیک می باشد و همچنین پیشرفت فرایند وابسته به ضرایب نفوذی اتم ها است وهمچنین نفوذ اتم‌های آلومینیوم، از مناطق غنی از Al به مناطق فقیرتر، مهم‌ترین مکانیزم کنترل‌کننده سرعت تشکیل ترکیب بین‌فلزی TiAl می‌باشد. در روش دوم ، فرایند دومرحله‌ای انجام شد به‌طوری‌که ابتدا پودر تیتانیوم وآلومینیوم با نسبت استوکیومتری برابر باهم مخلوط شد سپس در مرحله اول، نمونه در دمای 780 درجه سانتی‌گراد و فشار MPa 5 به‌مدت 10 دقیقه قرار داده شد و سپس در مرحله دوم، فشار به MPa40 افزایش یافت و نمونه در دماهای 900، 1000 ،1050 ، 1200و1300 درجه سانتی‌گراد برای زمان‌های 10 تا 25 دقیقه نگه داشته شد. باتوجه به انرژی آزاد تشکیل ترکیبات بین فلزی موجود در سیستم Ti-Al مشاهده می شود که ترکیب بین فلزی TiAl 3 پایدارترین ترکیب در این سیستم است و اولین ترکیبی است که در مرز بین تیتانیوم و آلومینیوم مذاب بوجود می آید. در ادامه انرژی اکتیواسیون تشکیل لایه TiAl حدود 124 کیلو ژول بر مول محاسبه شد و مشاهده شد که سرعت تشکیل ترکیب بین فلزی TiAl و پیشرفت واکنش وابسته به واکنش اتم ها در مرز می باشد. به‌منظور بررسی‌های فازی و ریزساختاری محصولات تشکیل شده از آزمون‌های XRD و SEM استفاده شد. همچنین برای مشخص‌شدن ترکیب شیمیایی نقاط مختلف، آنالیز EDS انجام گردید. نتایج نشان می‌دهد که روش های شبیه سازی دینامیک ملکولی و تجربی در انطباق کامل با یکدیگر نیستند. اما در واقع هر دو روش نشان می دهند که در اثر واکنش بین تیتانیوم جامد و مذاب آلومینیوم در مرزترکیب بین فلزی TiAl 3 تشکیل می‌شود. سپس در اثر نفوذ Al از TiAl 3 به‌درون Ti، ترکیب Ti 3 Al بوجود می آید. در ادامه فرایند فاز TiAl 2 در فصل مشترک TiAl 3 /Ti 3 Al شکل گرفته و در انتها ترکیب TiAl نیز در فصل مشترک TiAl 2 /Ti 3 Al به‌وجود می‌آید. هرچند روش تف جوشی پلاسمایی نشان می دهد که واکنش اتم ها در مرز مهمتر از نفوذ اتم ها در یکدیگر می باشد. کلمات کلیدی: مکانیزم، ترکیب بین‌فلزی TiAl، تف‌جوشی پلاسمایی جرقه‌ای، دینامیک ملکولی، سینتیک

ارتقاء امنیت وب با وف بومی