Skip to main content
SUPERVISOR
Mehdi Salehi,Hossein Edris
مهدی صالحی (استاد راهنما) حسین ادریس (استاد راهنما)
 
STUDENT
Hesam Rezvani sichani
حسام رضوانی سیچانی

FACULTY - DEPARTMENT

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

TITLE

The Effect of Energy System Impact in Mechanical Alloying (MA) on the Formation Mechanism of Nanostructure Intermetallic Ni-Ti-Al Alloys and Characterization of Its Plasma Spray Coatings
Ni-Ti-Al Intermetallic Compounds have been extensively studied in the recent years due to their promising engineering applications specifically in the field of high temperature due to high corrosion resistance and excellent high temperature strength. There are different methods to produce intermetallic compounds. The most widely used of these methods include powder metallurgy, mechanical alloying and SHS. Despite some limitations, mechanical alloying (MA) is one of the best methods for making and production of intermetallic compounds because of low production cost and its simple process. This study primarily aimed at investigating compounds formed during MA of Ni-25Ti-25Al system. As such, the prepared powder mixture was milled. In order to avoid unwanted reactions, mechanical alloying was carried out under argon atmosphere. Moreover, since the final product and its formation speed through MA depends on ball mill energy parameter, this study also examined the effect of ball mill energy on the formation of compounds. This being so, alloying was conducted in planetary ball mill and attritor. Microstructure investigations were made by X-ray diffraction (XRD), Scanning Electron Microscope (SEM), thermal analysis and microhardness surveys. The results revealed that MA of powder mixture led to the formation of Ni 3 (Ti,Al) Nanostructured compounds with irregular L1 2 structure. It was observed that during MA, with the formation of layer structure and diffusion of Ti and Al atoms into Ni lattice, the aforementioned solid solution was created and after continuing the MA, it changed into Ni 3 (Ti,Al). Heat treatment of product under different conditions leads to decomposition of a part of the Ni 3 (Ti,Al) phase to other intermetallic phases. In the end, after heat treatment, an alloy of multiple phases was formed. Heat treatment leads to regulation of Ni 3 (Ti,Al) network and appearance of its superlattice peaks. In order to increase the efficiency of the parts and industrial tools, it is necessary to conduct appropriate surface treatment or coating on the parts; hence, surface engineering is of great importance nowadays. Intermetallic compounds coatings on ferrous and nonferrous substrates have received considerable attention due to resistance to wear and perfect oxidation and relatively lower friction coefficient. Moreover, this study examined the evolution of Ni-Ti-Al intermetallic coating microstructure conducted in APS methods on carbon steel substrate. In order to investigate the effect of thermal spray current on coating, 4 different current (Amp) were used. Appropriate powder for thermal spray was produced by ball mill of powder for 2 hours in attritor ball mill. In order to characterization of coating, various tests were performed on them. The results showed that after the spraying, the Ni 2 TiAl, NiTiAl, Ni solid solution and some TiO 2 were formed. In the coating, an increase in the plasma temperature to a certain degree can lead to a reduction in intermetallic compounds, an increase in porosity, and a decrease in coating hardness. The produced coating with the lowest current intensity has the highest adhesion in substrate and the lowest toughness. According to the results, the produced coating with the lowest current intensity has optimized conditions. Keywords : Ni-Ti-Al intermetallic compounds, Mechanical alloying, Nanostructure Materials, APS
امروزه ترکیبات بین فلزی Ni-Ti-Al به دلیل مقاومت به خوردگی و استحکام مناسب در دمای بالا به شدت مورد توجه محققین قرار گرفته اند. ویژگی های ترکیبات Ni-Ti-Al منجر به گستردگی کاربرد آنها در صنایع مختلف شده است. آلیاژسازی مکانیکی با وجود برخی از محدودیت ها، به دلیل ساده بودن فرایند و هزینه تولید پایین، یکی از بهترین روش ها برای ساخت و تولید بسیاری از ترکیبات و آلیاژها از جمله ترکیبات بین فلزی می باشد. هدف از این پژوهش، نخست بررسی ترکیبات تشکیل شده در حین آلیاژسازی مکانیکی سیستم Ni-Ti-Al است. بدین منظور مخلوط پودریNi 50 Ti 25 Al 25 مخلوط و تحت اتمسفر آرگون آسیاب کاری گردید. همچنین با توجه به این که، محصول نهایی و سرعت تشکیل آن طی آلیاژسازی مکانیکی بستگی شدیدی به انرژی آسیاب کاری دارد، در این پژوهش تأثیر پارامتر انرژی آسیاب کاری بر تشکیل ترکیبات نیز مورد بررسی قرار گرفت. از این رو آلیاژسازی در دو آسیاب گلوله ای سیاره ای و اتریتور صورت گرفت. تغییرات فازی و مطالعات ریزساختاری به وسیله آزمون های XRD، SEM، DTA و ریزسختی سنجی ارزیابی شد. نتایج بررسی ها نشان داد که آلیاژسازی مکانیکی مخلوط پودری Ni 50 Ti 25 Al 25 منجر به تشکیل ترکیب نانوساختار Ni 3 (Ti,Al) با ساختار نامنظم L1 2 گردید. مشاهده شد که حین آلیاژسازی مکانیکی، با شکل گیری ساختار لایه ای و نفوذ اتم های تیتانیوم و آلومینیوم در نیکل، نخست محلول جامد فوق اشباع ایجاد می شود که با ادامه فرایند آلیاژسازی مکانیکی به ترکیب بین فلزی Ni 3 TiAl تبدیل می گردد. عملیات حرارتی محصول در شرایط مختلف، منجر به تجزیه مقداری از فاز Ni 3 TiAl به فازهای بین فلزی دیگر می شود. در نهایت پس از عملیات حرارتی، آلیاژی از چند فاز حاصل می شود. عملیات حرارتی منجر به افزایش نظم شبکه NI 3 TiAl و ظاهر شدن پیک های ابرشبکه آن می گردد. به منظور افزایش راندمان کاری قطعات و ابزار صنعتی لازم است تا عملیات سطحی مناسب یا پوشش دادن بر روی قطعات انجام شود. بنابراین مهندسی سطح امروزه از اهمیت بالایی برخوردار است. در این بین پوشش های ترکیبات بین فلزی بر روی زیر لایه های آلیاژهای آهنی و غیر آهنی به دلیل مقاومت به سایش و اکسیداسیون عالی و ضریب اصطکاک نسبتاً پایین بسیار مورد توجه قرار گرفته اند. از این رو در ادامه این پژوهش، مشخصه یابی و ارزیابی ریزساختار پوشش های بین فلزی Ni-Ti-Al اعمال شده به روش پاشش پلاسمایی اتمسفری(APS) بر روی زیرلایه فولاد ساده کربنی مورد بررسی قرار گرفت. به منظور بررسی تاثیر شدت جریان پاشش بر روی پوشش ها از 4 آمپراژ متفاوت استفاده شد. پودر مناسب جهت پاشش حرارتی، از آسیاب کردن مخلوط پودری Ni 50 Ti 25 Al 25 به مدت 2 ساعت در آسیاب اتریتور تولید شد. نتایج بررسی ها نشان می دهد که پس از پاشش فازهای بین فلزی Ni 2 TiAl، NiTiAl، محلول جامد نیکل و مقادیری اکسید تیتانیم در پوشش موجود می باشد. افزایش حرارت پلاسما تا حد مشخصی، منجر به کاهش میزان ترکیبات بین فلزی، افزایش تخلخل و کاهش سختی در پوشش می گردد. پوشش ایجاد شده با کمترین شدت جریان دارای بالاترین میزان استحکام چسبندگی به زیرلایه و کمترین مقدار چقرمگی شکست است. کلمات کلیدی: ترکیبات بین فلزی Ni-Ti-Al، آلیاژسازی مکانیکی، مواد نانو ساختار، پاشش پلاسمایی اتمسفری

ارتقاء امنیت وب با وف بومی