Skip to main content
SUPERVISOR
Fatallah Karimzadeh,Mohammad Hassan Abbasi
فتح اله کریم زاده (استاد راهنما) محمدحسن عباسی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Faezeh Saeedi khorzoghi
فائزه سعیدی خورزوقی

FACULTY - DEPARTMENT

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

TITLE

Fabrication and characterization of high entropy alloy AlNiMnCuCo nanostructure by mechanical alloying method
High entropy alloys are a new class of advanced materials that combine a minimum of 5 and a maximum of 13 different elements with equal and almost equal atomic percentages (5-35%). Such alloys have desirable properties such as mechanical, thermal, corrosion and magnetic properties. For this reason, they have been highly regarded by researchers. The microstructure and properties of high entropy alloys depend on the type and amount of elements. So far, high entropy alloys AlCoCuZnNi, CoCrFeMnNi, AlCuNiFeCr and Al0.3CoCrFeMnNi have good mechanical and thermal properties produced by mechanical sagging alloy and spark plasma splitting. In this regard, it is expected that AlNiMnCuCo alloy will be produced with favorable mechanical and thermal properties. In this study, high entropy alloy AlNiMnCuCo was fabricated by mechanical alloying method. For this purpose, copper, manganese, cobalt, nickel and aluminum alloys were subjected to mechanical alloying process for 80 hours with a bullet to powder ratio of 1:10 at 300 rpm. The results of X-ray diffraction (XRD) test confirmed the formation of FCC solid solution after 80 hours in this alloy. In order to study the morphology of the powder obtained from mechanical alloying, it was evaluated by scanning electron microscopy (SEM) equipped with X-ray separation analysis (EDS). Phase stability criteria in high entropy alloy were calculated which corresponded to the solid solution formation criterion and predicted the formation of FCC solid solution in the alloy. Thermodynamic stability was investigated using Medima model for high entropy alloy AlNiMnCuCo, which was consistent with the results of the X-ray diffraction pattern and showed that the solid solution is the first phase to be formed in the alloy. Differential thermal analysis (DSC) and thermal weight analysis (TGA) were used to investigate the thermal behavior of the alloy. The results showed that the high entropy alloy AlNiMnCuCo has high thermal stability and no intermetallic composition was formed up to the temperature close to the melting point. In order to make a volumetric sample, high entropy alloy powder was compacted by spark plasma sputtering () method at two temperatures of 800 و and 900 و and the optimal sample with FCC + BCC solid solution structure for spattering. Alloy was selected. High entropy alloy density of AlNiMnCuCo, 92.1% was obtained by Archimedes method at ? 800. The mechanical behavior of the alloy was investigated by hardness, Vickers microhardness and shear mandrel tests. The hardness and microhardness obtained for the alloy were HV540 and HV0.3 623, which due to the high hardness can be attributed to the presence of BCC phase in the alloy. Final shear stress and yield values ??were 73.68 and 61.12 MPa, respectively. The wear behavior of the alloy was investigated at both ambient temperatures and 400 استفاده using the wear test up to a distance of 1000 m. The results showed that the predominant mechanism of wear is at ambient temperature and ?400 is adhesive wear. Also, the wear resistance of the alloy at د 400 was higher than the ambient temperature due to the formation of a protective oxide coating at high temperatures. key words High entropy alloy, mechanical alloying, spark plasma welding, thermal behavior, mechanical properties.
آلیاژهای آنتروپی بالا دسته جدیدی از مواد پیشرفته هستند که ترکیبی از حداقل 5 و حداکثر 13 عنصر مختلف با درصد اتمی مساوی و تقریبا مساوی (35-5 درصد) است. اینگونه آلیاژها خواص مطلوبی از قبیل خواص مکانیکی، حرارتی، خوردگی و مغناطیسی را دارا هستند. به همین دلیل به شدت مورد توجه پژوهشگران واقع شده­اند. ریز ساختار و خواص آلیاژهای آنتروپی بالا بسته به نوع و مقدار عناصر است. تاکنون آلیاژهای آنتروپی بالای AlCoCuZnNi، CoCrFeMnNi، AlCuNiFeCr و Al 0 . 3 CoCrFeMnNi دارای خواص مطلوب مکانیکی و حرارتی به روش آلیاژ ساژی مکانیکی و تف­جوشی پلاسمایی جرقه­ای تولید شده­اند. در این راستا انتظار می­رود که آلیاژ AlNiMnCuCo با خواص مطلوب مکانیکی و حرارتی تولید شود. در این پژوهش، آلیاژ آنتروپی بالای AlNiMnCuCo به روش آلیاژسازی مکانیکی ساخته شد. بدین منظور ابتدا پودهای عناصر مس، منگنز، کبالت، نیکل و آلومینیوم به مدت 80 ساعت با نسبت گلوله به پودر 1:10 با دور rpm300 تحت فرآیند آلیاژسازی مکانیکی قرار گرفت. نتایج حاصل از آزمون پراش پرتو ایکس (XRD) تشکیل محلول جامد FCC بعد از 80 ساعت را در این آلیاژ تایید کرد. به منظور بررسی مورفولوژی پودر حاصل از آلیاژ سازی مکانیکی با میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) مجهز به آنالیز تفکیک پرتو ایکس (EDS) ارزیابی شد. معیارهای پایداری فاز در آلیاژ آنتروپی بالا محاسبه شد که با معیار تشکیل محلول جامد تطابق داشت و تشکیل محلول جامد FCC را در آلیاژ پیش بینی کرد. پایداری ترمودینامیکی با استفاده از مدل مدیما برای آلیاژ آنتروپی بالای AlNiMnCuCo بررسی شد که با نتایج حاصل از الگوی پراش پرتو ایکس تطابق داشت و نشان داد محلول جامد اولین فاز تشکیل شونده در آلیاژ است. به منظور بررسی رفتار حرارتی آلیاژ، از آنالیز حرارتی افتراقی (DSC) و آنالیز توزین حرارتی (TGA) استفاده شد. نتایج نشان داد که آلیاژ آنتروپی بالای AlNiMnCuCo از پایداری حرارتی بالایی برخوردار است و تا دمای نزدیک به نقطه ذوب هیچ گونه ترکیب بین­فلزی ایجاد نشد. به منظور ساخت نمونه­ی حجمی، پودر آلیاژ آنتروپی بالا به روش تف­جوشی پلاسمایی جرقه­ای () در دو دمای ?800 و ?900 متراکم شد و نمونه­ی بهینه با ساختار محلول جامد FCC+BCC برای تف­جوشی آلیاژ انتخاب شد. چگالی آلیاژ آنتروپی بالای AlNiMnCuCo، 1/92 % با روش ارشمیدس در دمای ?800 به دست آمد. بررسی رفتار مکانیکی آلیاژ با آزمون­های سختی، ریزسختی سنجی ویکرز و سنبه برشی انجام گرفت. سختی و میکروسختی به دست آمده برای آلیاژ، HV540 و HV 0 .3 623 بود که علت بالا بودن سختی را می­توان وجود فاز BCC در آلیاژ دانست. مقادیر تنش برشی نهایی و تسلیم به ترتیب MPa 68/73و 12/61 به دست آمد. رفتار سایشی آلیاژ هم در دو دمای محیط و 400 با استفاده از آزمون سایش تا مسافتm 1000 مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که مکانیزم غالب سایش در دمای محیط و ? 400 سایش چسبان است. همچنین مقاومت به سایش آلیاژ در دمای 400 نسبت به دمای محیط بیشتر به دست آمد که علت این امر ایجاد پوشش اکسیدی محافظ در دمای بالااست. کلمات کلیدی آلیاژ آنتروپی بالا، آلیاژساز ی مکانیکی، تف­جوشی پلاسمایی جرقه­ای، رفتار حرارتی ، خواص مکانیکی.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی