Skip to main content
SUPERVISOR
Fatallah Karimzadeh,Mohammad Hassan Abbasi,Mohammad Hossei Enayati
فتح اله کریم زاده (استاد راهنما) محمدحسن عباسی (استاد راهنما) محمدحسین عنایتی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Tayebeh Mousavi
طیبه موسوی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1384

TITLE

Fabrication and characterization of TiNi intemetallic nanocomposite
In this research, Synthesis of nanocrystalline NiTi powder and NiTi/?-Al 2 O 3 nanocomposite with 10 and 20 weight percent Al 2 O 3 by mechanical alloying (MA) in a planetary ball mill under argon atmosphere were investigated. The structural evaluation of powders was studied by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), differential scanning calorimetry (DSC) and microhardness measurements. Thermodynamic and kinetic analyses of the process were carried out using Miedema model and Coats-Redfern method respectively. The results showed that MA of Ni 50 Ti 50 leads to the formation of nanocrystalline B2-NiTi. At the early stages of MA, a lamellar structure of components is formed with the dissolution of Ti in Ni at the same time. With the progress of MA, the resulting supersaturated solid solution becomes non-stoichiometric and finally disordered stoichiometric NiTi with nanometeric grain size is formed. Annealing of the milled powder leads to increase in long range order to 0.94 and formation of small amounts of NiTi 2 and Ni 3 Ti phases. Thermodynamic analysis in this system revealed that the MA product of Ni 50 Ti 50 is the phase with the most negative Gi free energy change amongst competing phases at the considered composition. The results also showed that NiTi/Al 2 O 3 nanocomposite can not be synthesized by MA of powder mixture of Ni-Ti-Al 2 O 3 in a steel cup, but MA of a powder mixture containing NiO-Al-Ti-Ni and mechanochemical reduction of NiO by Al showed that nanometric Al 2 O 3 particles can be dispersed in nanocrysatalline NiTi matrix. Nanocomposite formation mechanism depends on Al 2 O 3 weight percent. It is diffusion controlled for NiTi-10wt.%Al 2 O 3 and self-propagating combustion for NiTi-20wt.%Al 2 O 3 . The presence of Al 2 O 3 dispersoids in the NiTi matrix leads to increase of hardness and decrease of grain growth and ordering degree and finally high thermal stability of NiTi during annealing. Kinetic analysis showed that NiO-Al reaction has a chemical controlled mechanism in contracting cylinder model with 490 kJ activation energy. MA caused kinetic model change to contracting sphere and activation energy decrease to 397 kJ.
در این پژوهش، ساخت پودرهای نانوساختار NiTi و نانوکامپوزیت NiTi-Al 2 O 3 با دو درصد وزنی Al 2 O 3 به مقادیر 10 و 20 به روش آلیاژسازی مکانیکی در آسیاب گلوله ای سیاره ای تحت اتمسفر آرگون بررسی شد. مطالعات ریزساختاری به وسیله آزمون های پراش پرتو ایکس (XRD)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM)، آنالیز حرارتی و ریزسختی سنجی ارزیابی شد. بررسی های ترمودینامیکی و سینتیکی به ترتیب براساس مدل نیمه تجربی مدیما و روش انتگرال گیری با تقریب کوتز-ردفرن انجام گرفت. نتایج نشان داد که آلیاژسازی مکانیکی مخلوط پودر Ni 50 Ti 50 منجر به تشکیل ترکیب نانوساختار B2-NiTi می گردد. مکانیزم تشکیل این ترکیب با شکل گیری ساختار لایه ای از مواد اولیه و انحلال اتم های تیتانیم در نیکل آغاز می شود. با ادامه فرایند محلول جامد فوق اشباع و ساختار غیراستوکیومتری NiTi ایجاد می شود که در نهایت به ترکیب تقریباً استوکیومتری و نامنظم NiTi با اندازه دانه نانومتری تبدیل می گردد. عملیات حرارتی محصول باعث افزایش پارامتر نظم شبکه تا مقدار 94/0 و حضور فازهای NiTi 2 و Ni 3 Ti می شود. بررسی های ترمودینامیکی در سیستم دوتایی Ni-Ti نشان داد که در همه ترکیب های شیمیایی محلول جامد در مقایسه با فاز آمورف پایدارتر است. همچنین محصول آلیاژسازی مکانیکی Ni 50 Ti 50 با نتایج بررسی های ترمودینامیکی منطبق بوده و فازی با پایین ترین سطح انرژی آزاد می باشد. بر اساس نتایج به دست آمده در زمینه ساخت نانو کامپوزیت NiTi - Al 2 O 3 مشخص شد که امـکان تولید این نانوکامپوزیت به طور مستقیم با آلیاژسازی مکانیـکی مخلوط پودری Ni-Ti-Al 2 O 3 در محفظه های فولادی وجود ندارد. ساخت این نانوکامپوزیت با استفاده از پودرهای Ni-Ti-Al-NiO و احیاء مکانوشیمیایی NiO توسط Al نشان داد که ذرات Al 2 O 3 با اندازه ذرات کمتر از 30 نانومتر در زمینه NiTi با دانه های کریستالی نانومتری توزیع می شود. تغییر درصد وزنی Al 2 O 3 در نانوکامپوزیت، منجر به تغییر مکانیزم واکنش می گردد به گونه ای که در نانوکامپوزیت حاوی 10 درصد وزنی مکانیـزم تدریجی و در 20 درصد وزنی مکانیـزم احتراق خودپیشرونده حاکم می باشد. حضور ذرات نانومتری Al 2 O 3 در زمینه نانوساختار NiTi باعث افزایش سختی و افزایش پایداری حرارتی از جمله کاهش رشد دانه های کریستالی و عدم دستیابی به ساختار با نظم بالا بعد از عملیات حرارتی می گردد که این اثرات با افزایش درصد وزنی Al 2 O 3 تشدید می شود. بررسی های سینتیکی نشان داد که انجام واکنش NiO و Al با مدل واکنش شیمیایی برای ذرات استوانه ای و انرژی اکتیواسیون حدود 490 کیلوژول صورت می گیرد. آلیاژسازی مکانیکی مخلوط این دو پودر منجر به تغییر مدل سینتیـکی به واکنش شیمیایی برای ذرات کروی و کاهش انرژی اکتیواسیون به 397 کیلوژول می شود.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی