Skip to main content
SUPERVISOR
Mahmood Meratian isfahani,Masoud Panepour
محمود مراتيان اصفهاني (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
چکيده ترکيب بين فلزي TiAl در سال هاي متمادي، به طور گسترده به‌دليل خواصي نظير دماي ذوب بالا، استحکام در دماي بالا، مقاومت به اکسيداسيون مناسب، مقاومت به خوردگي در دماهاي بالا، استحکام خزشي عالي و چگالي کم مورد توجه بوده است. ازين رو بررسي مکانيزم تشکيل اين ترکيب و يافتن راه هايي براي تسريع بخشيدن نفوذ اتم ها در يکديگر از اهميت زيادي برخوردار است. در اين پژوهش دو روش تجربي و شبيه سازي مورد استفاده قرار گرفته است. در روش تجربي از تف‌جوشي پلاسمايي جرقه‌اي () و در روش شبيه سازي ديناميک ملکولي Molecular Dynamic)) از نرم افزار لمپس(LAMMPS) و پتانسيل EAM استفاده شد. در روش اول، شبيه سازي ديناميک ملکولي به منظور کشف مکانيزم تشکيل ترکيب بين فلزي TiAlو بررسي تشکيل فاز ها ونفوذ اتم ها در يکديگر در مقياس اتمي مورد استفاده قرار گرفته است. در اين روش نمونه با نرخ گرمايش 01/0 درجه کلوين بر 100 فمتوثانيه تا دماي 300 کلوين در انسمبل NPT گرم شد و بعد از به تعادل رساني با همان نرخ گرمايش تا دماي 1100درجه کلوين و يار ديگر به منظور مقايسه تا دماي 1450درجه کلوين گرم گرديد و پس از آن براي مدت زمان طولاني به تعادل رسيد. مشاهده شد که روند نفوذ تابعي از قانون دوم فيک مي باشد و همچنين پيشرفت فرايند وابسته به ضرايب نفوذي اتم ها است وهمچنين نفوذ اتم‌هاي آلومينيوم، از مناطق غني از Al به مناطق فقيرتر، مهم‌ترين مکانيزم کنترل‌کننده سرعت تشکيل ترکيب بين‌فلزي TiAl مي‌باشد. در روش دوم ، فرايند دومرحله‌اي انجام شد به‌طوري‌که ابتدا پودر تيتانيوم وآلومينيوم با نسبت استوکيومتري برابر باهم مخلوط شد سپس در مرحله اول، نمونه در دماي 780 درجه سانتي‌گراد و فشار MPa 5 به‌مدت 10 دقيقه قرار داده شد و سپس در مرحله دوم، فشار به MPa40 افزايش يافت و نمونه در دماهاي 900، 1000 ،1050 ، 1200و1300 درجه سانتي‌گراد براي زمان‌هاي 10 تا 25 دقيقه نگه داشته شد. باتوجه به انرژي آزاد تشکيل ترکيبات بين فلزي موجود در سيستم Ti-Al مشاهده مي شود که ترکيب بين فلزي TiAl 3 پايدارترين ترکيب در اين سيستم است و اولين ترکيبي است که در مرز بين تيتانيوم و آلومينيوم مذاب بوجود مي آيد. در ادامه انرژي اکتيواسيون تشکيل لايه TiAl حدود 124 کيلو ژول بر مول محاسبه شد و مشاهده شد که سرعت تشکيل ترکيب بين فلزي TiAl و پيشرفت واکنش وابسته به واکنش اتم ها در مرز مي باشد. به‌منظور بررسي‌هاي فازي و ريزساختاري محصولات تشکيل شده از آزمون‌هاي XRD و SEM استفاده شد. همچنين براي مشخص‌شدن ترکيب شيميايي نقاط مختلف، آناليز EDS انجام گرديد. نتايج نشان مي‌دهد که روش هاي شبيه سازي ديناميک ملکولي و تجربي در انطباق کامل با يکديگر نيستند. اما در واقع هر دو روش نشان مي دهند که در اثر واکنش بين تيتانيوم جامد و مذاب آلومينيوم در مرزترکيب بين فلزي TiAl 3 تشکيل مي‌شود. سپس در اثر نفوذ Al از TiAl 3 به‌درون Ti، ترکيب Ti 3 Al بوجود مي آيد. در ادامه فرايند فاز TiAl 2 در فصل مشترک TiAl 3 /Ti 3 Al شکل گرفته و در انتها ترکيب TiAl نيز در فصل مشترک TiAl 2 /Ti 3 Al به‌وجود مي‌آيد. هرچند روش تف جوشي پلاسمايي نشان مي دهد که واکنش اتم ها در مرز مهمتر از نفوذ اتم ها در يکديگر مي باشد. کلمات کليدي: مکانيزم، ترکيب بين‌فلزي TiAl، تف‌جوشي پلاسمايي جرقه‌اي، ديناميک ملکولي، سينتيک

تحت نظارت وف ایرانی