Skip to main content
SUPERVISOR
Mohammad Hassan Abbasi,Fatallah Karimzadeh
محمدحسن عباسی (استاد راهنما) فتح اله کریم زاده (استاد راهنما)
 
STUDENT
Shima Allahbakhsh
شیما اله بخش دولت آبادی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1394

TITLE

Synthesis of CuNiCoZnAl nano-stractured high entropy alloy by mechanical alloying and studying possibility of its joining
In this study, the synthesis of nano-structured CuNiCoZnAl high entropy alloy was performed by Mechanical Alloying (MA), and the bulk samples of this alloy was successfully prepared by Spark Plasma Sintering (). Further, the possibility of its joining was investigated by two different methods. At first, it was performed by Gas Tungsten Arc Welding (GTAW) in two ways : using filler metals and without using it and also joining by Transient Liquid Phase (TLP) method in two ways: using AWS BNi2 interlayer and copper foil interlayer. According to the results of X-ray diffraction that was carried out on the powder of this alloy during different milling times, in this alloy the solid solution was formed after 30 hours of milling with a single-phase FCC structure. This process continued to 60 hours to completing the solution of the elements in each other. The Scanning Electron Microscopy (SEM) images of CuNiCoZnAl bulk sample that was prepared by spark plasma sintering method, were confirmed the absence of any porosity and the completion of solution of the elements in each other and formation of a solid solution structure in the alloy. Also, with the help of the results of the X-ray diffraction spectroscopy of this alloy, the absence of any impurities, as well as match of the chemical composition of the alloy with the nominal compound were confirmed. According to the results of the Vickers micro hardness test, this alloy had a mean hardness value of 543 HV. Investigating the possibility of the joining of this alloy was performed by GTAW and TLP methods. In the GTAW method in both ways (using the filler metal and without using it), many problems such as : the formation of hot cracking defect, lack of fusion defect, spattering of molten metal on the tungsten electrode and on the base metal were observed. The creating of these defects can be due to the high input heat in the fusion welding method, the high vapor pressure of Zn and the low melting point of it compared to the other elements in the alloy system and high percentage of these elements. Finally, it was possible to join this alloy by the transient liquid phase using two different interlayers : AWS-BNi2 and copper foil. At the first way that was carried out by using the AWS-BNi2 interlayer, at 15, 30, 45 and 60 minutes at a temperature of 1100° C were not joined (except for 30 minutes), due to the formation of inter metallic compounds. Subsequently, this method was performed by using the copper interlayer at 15, 30 and 45 minutes. The retention time of 15 minutes at 1100° C was insufficient to make the joining in this alloy and the lack of melt volume at the bonding region resulted in the separation of two pieces from each other. By increasing the storage time to 30 and 45 minutes, the joining of the CuNiCoZnAl alloy was successfully performed. According to the images obtained from the Optical Microscope (OM) and the scanning electron microscope, the joining region at 30 minutes was mainly solidified as Athermal Solidification (AS), since the time needed to complete Isothermal Solidification (IS) was not enough. However, with increasing storage time from 30 to 45 minutes, the isothermal solidification process was performed completely and the eutectic solidification in the junction was not observed. The results of Vickers micro hardness tests around the bonding site at both 30 and 45 minutes showed that the hardness values of the second sample (storage time of 45 minutes), were more uniform and less than the first sample (storage time of 30 minutes). That is due to the disappearance of eutectic structures and completion of the isothermal solidification process at the higher storage times. The results of the shear strength tests of the joints at both 30 and 45 minutes showed that, with increasing bonding time from 30 to 45 minutes, the bonding strength increased from 73 MPa to 157 MPa. The reason for this increasing is that, as the storage time increases, the bond strength increases due to the reduction in the amount of the brittle eutectic phases. Key words: high entropy alloy, CuNiCoZnAl, nano-structured, mechanical alloying, welding, joining by transient liquid phase method.
در این پژوهش ساخت آلیاژ آنتروپی بالا و نانوساختار CuNiCoZnAl به روش آلیاژسازی مکانیکی انجام شد و سپس نمونه بالک این آلیاژ به طور موفقیت آمیز توسط روش تف جوشی پلاسمایی جرقه ای تهیه شد. در ادامه، امکان اتصال این آلیاژ با به کار بردن روش جوشکاری قوسی تنگستن-گاز در دو مسیر (با استفاده از فلز پرکننده و بدون استفاده از آن) و همچنین اتصال به روش فاز مایع گذرا بررسی شد. بر طبق نتایج حاصل از پراش پرتو ایکس که بر پودر این آلیاژ در ساعات مختلف آسیاب کاری انجام شد، در این آلیاژ پس از 30 ساعت آسیاب کاری محلول جامد پنج تایی با ساختار تک فاز FCC تشکیل شد که به منظور ایجاد حل شدگی کامل تر عناصر در یکدیگر، این فرآیند تا 60 ساعت ادامه پیدا کرد. تصاویر حاصل از میکروسکوپ الکترونی روبشی نمونه بالک آلیاژ CuNiCoZnAl که به روش تف جوشی پلاسمایی جرقه ای تهیه شد، عدم حضور تخلخل پس از تف جوشی و همچنین حل شدگی کامل عناصر در یکدیگر و ایجاد محلول جامد در آلیاژ را تأیید کرد. همچنین به کمک نتایج حاصل از طیف سنجی تفکیک انرژی پرتو ایکس نمونه بالک این آلیاژ نیز عدم وجود هرگونه ناخالصی و همچنین تطابق ترکیب شیمیایی آلیاژ با ترکیب اسمی، تأیید شد. بر طبق نتایج حاصل از آزمون ریز سختی سنجی ویکرز، این آلیاژ دارای عدد سختی میانگین HV 543 بود. بررسی امکان اتصال این آلیاژ با دو روش اتصال جوشکاری قوسی تنگستن-گاز و اتصال به روش فاز مایع گذرا انجام شد. در روش جوشکاری قوسی تنگستن گاز در هر دو مسیر (با استفاده از فلز پرکننده و بدون استفاده از آن)، مشکلاتی از قبیل ایجاد ترک های تشعشی، ترک های گرم، عدم ممزوج شدن فلز پرکننده و فلزپایه، پاشش مذاب حاصل از ذوب فلز پرکننده به اطراف بود. ایجاد این عیوب، می تواند به دلیل بالا بودن حرارت ورودی در روش جوشکاری ذوبی، بالا بودن فشار بخار و پایین بودن نقطه ذوب فلز Zn نسبت به سایر عناصر موجود در سیستم و بالا بودن درصد این عناصر باشد. نهایتاً امکان اتصال این آلیاژ به روش فاز مایع گذرا با استفاده از دو لایه میانی AWS-BNi2 و فویل مسی نیز بررسی شد. این روش با استفاده از لایه واسط AWS BNi2 در زمان های 15، 30، 45 و 60 دقیقه و در دمای ° C1100 انجام شد ولی به علت تشکیل ترکیبات ترد بین فلزی، به جز در زمان 30 دقیقه اتصالی برقرار نشد. بنابراین لایه واسط AWS BNi2 برای اتصال این آلیاژ به دلیل دارا بودن عناصر آلیاژی متنوع و تشکیل ترکیبات ترد بین فلزی با عناصر موجود در فلز پایه انتخاب مناسبی نبود. در ادامه، این روش با استفاده از لایه میانی مس، در زمان های 15، 30 و 45 دقیقه انجام شد. زمان نگهداری 15 دقیقه در دمای ° C1100 به منظور ایجاد اتصال در این آلیاژ کافی نبود و کمبود حجم مذاب ایجاد شده در محل اتصال، منجر به جدا شدن دو قطعه از یکدیگر شد. با افزایش زمان نگهداری تا 30 و 45 دقیقه، اتصال آلیاژ CuNiCoZnAl با موفقیت انجام شد. با توجه به تصاویر حاصل از میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی، محل اتصال در زمان 30 دقیقه عمدتاً به صورت انجماد غیر حرارتی منجمد شده است زیرا زمان لازم برای کامل شدن روند انجماد هم دما کافی نبوده است. اما با افزایش زمان نگهداری از 30 به 45 دقیقه، روند انجماد هم دما به طور کامل انجام شد و در محل اتصال انجماد یوتکتیکی مشاهده نشد. نتایج ریزسختی سنجی ویکرز در اطراف محل اتصال آلیاژ در هر دو زمان 30 و 45 دقیقه نشان داد که اعداد سختی مربوط به زمان نگهداری 45 دقیقه، نسبت به 30 دقیقه از یکنواختی بیشتری برخوردار بوده و همچنین مقادیر سختی این نمونه نسبت به مقادیر سختی نمونه 30 دقیقه کمتر است، که این موضوع به دلیل ناپدید شدن ساختارهای یوتکتیکی و کامل شدن فرآیند انجماد هم دما در زمان نگهداری بیشتر است. نتیجه آزمون استحکام برشی اتصالات آلیاژ در هر دو زمان 30 و 45 دقیقه نشان داد که با افزایش زمان اتصال از 30 به 45 دقیقه استحکام اتصال از MPa 73 به MPa 157 افزایش پیدا کرده است. علت این افزایش این است که با افزایش زمان نگهداری، استحکام اتصال ها به علت کمتر شدن میزان فازهای ترد ناشی از ساختارهای یوتکتیکی، افزایش می یابد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی