Skip to main content
SUPERVISOR
Mahmood Meratian isfahani,Masoud Panepour
محمود مراتیان اصفهانی (استاد راهنما) مسعود پنجه پور (استاد راهنما)
 
STUDENT
Ali Alyari
علی النقی علیاری

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1391

TITLE

Investigation of the effects of aluminum on self-propagation and explosive combustion synthesis of MoSi2
Investigation of the effects of aluminum on self-propagation and explosive combustion synthesis of MoSi 2 Silicides are a new promising group of materials which have gained a lot of interest for structural applications in aerospace and energy industries due to their unique properties including high melting point, relatively low density and good corrosion resistance. In this study, effect of the oxidation of aluminum particles on the formation of MoSi 2 through combustion synthesis process was investigated. For this purpose, samples with 0, 4, 7 and 10 wt% Al were prepared by pressing mixtures of molybdenum and silicon powders under a pressure of 175 kg.cm -2 . In order to evaluate the effect of aluminum addition on process procedure and parameters, self-propagation hight temperature (SHS) and thermal explosive (TE) combustion synthesis tests were performed under air and argon atmospheres. Phase and structural characterization of process products were done using X-ray diffraction (XRD) analysis and scanning electron microscopy (SEM). Optical microscope images along with Clemex image analyzing software were used to determine percentage of porosity in the synthesized samples. Furthermore, in order to study the reaction rate, progress of combustion wave front in self-propagating synthesized samples were recorded using a Canon camcorder. The results obtained reveals that aluminum dissolves in MoSi 2 by occupying Si sites via substitution mechanism causing the transformation of tetragonal lattice to hexagonal structure. In addition, due to the endothermic nature of tetragonal?hexagonal transformation, temperature and velocity of combustion front are reduced. In self-propagating reaction, aluminum acts as diluent and aluminum oxide has no role in SHS process. I thermal explosive process, aluminum and silicon form eutectic and non-eutectic melts which lead to a decrease in temperature and time of process initiation. Also, to investigate the influence of oxidation of aluminum powder on combustion synthesized MoSi 2 , oxidation tests were performed on samples containing 0 and 10 wt% aluminum for 12 hours with 2-hour cycles using a tube furnace. It is observed that oxidation of aluminum free samples occurs in the temperature range of 400-600 °C; this oxidation, often known as pest, results in collapse of powder sample as well as changing of its color from black to green. However, for sample containing 10 wt% aluminum, oxidation does not happen in this temperatures and no significant color change is observed for sample; in fact, it can be concluded that aluminum prevents the oxidation of MoSi 2 . Also, according to XRD analysis data at 850 °C, it can be concluded that aluminum incorporated in hexagonal structure forms a protective Al 2 O 3 film which hinders oxidation of MoSi 2 . Therefore, aluminum effectively improves the low temperature oxidation of MoSi 2 and prevents so called pest corrosion. Keywords: Combustion synthesis process, MoSi 2 , Aluminum, Oxidation
سیلیسایدها، دسته ای جدید از مواد هستند که با داشتن خواص مطلوبی نظیر نقطه ذوب بالا، چگالی نسبتاً کم و مقاومت به خوردگی خوب برای کاربرد سازه ای در صنایع هوافضا و انرژی مورد استفاده قرار می گیرند. در این تحقیق تأثیر اکسیداسیون ذرات آلومینیم بر تشکیل MoSi 2 طی فرایند سنتز احتراقی مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور نمونه هایی از مخلوط پودری مولیبدن و سیلیسیم همراه با 0، 4، 7 و 10 درصد وزنی پودر آلومینیم تحت فشار 175 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع پرس شدند. سپس به منظور بررسی تأثیر حضور آلومینیم بر روند انجام و تأثیر بر روی پارامترهای این فرایند، هر یک از نمونه ها تحت آزمایش سنتز احتراقی به صورت خودپیشرونده ( SHS ) و انفجاری ( TE ) در اتمسفر هوا و آرگون قرار گرفتند. در ادامه جهت بررسی های فازی و ساختاری، محصولات حاصل از این فرایند تحت آزمون های پراش پرتو ایکس (XRD) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) قرار گرفتند. درصد تخلخل در نمونه های سنتز شده با استفاده از تصاویر میکوسکوپی نوری و نرم افزار کلمکس تعیین شد. همچنین برای بررسی سرعت واکنش توسط دوربین فیلمبرداری Canon از حرکت موج جبهه احتراق نمونه های سنتز خودپیشرونده فیلمبرداری شد. نتایج حاصل از این فرایند حاکی از آن است که آلومینیم در شبکه MoSi 2 حل شده و بصورت جانشینی با اتم های سیلیسیم ساختار شبکه را از تتراگونال به هگزاگونال تغییر داده است. همچنین به دلیل گرماگیر بودن استحاله MoSi 2 از تتراگونال به هگزاگونال دما و سرعت جبهه احتراق کاهش یافت و آلومینیم در فرایند خودپیشرونده نقش ماده رقیق کننده را داشته و اکسیداسیون آلومینیم در فرایند SHS هیچگونه نقشی ندارد. در فرایند انفجاری آلومینیم با سیلیسیم تشکیل مذاب یوتکتیکی و غیر یوتکتیکی می دهد و باعث کاهش دما و زمان شروع سنتز می گردد. در ادامه برای بررسی نقش اکسیداسیون ذرات پودری آلومینیم در MoSi 2 سنتز احتراقی شده، نمونه های حاوی 0 و 10 درصد وزنی آلومینیم به مدت 12 ساعت و با سیکل های 2 ساعت در کوره تیوبی مورد ارزیابی آزمون اکسیداسیون قرار گرفت. نتایج حاصل بیانگر این مطلب می باشد که نمونه بدون آلومینیم در دمای 400 تا 600 درجه سانتیگراد منجر به اکسیداسیون شده که این اکسیداسیون به نام پِست معروف می باشد، به طوری که منجر به متلاشی شدن نمونه می گردد و همچنین رنگ نمونه پودری از سیاه به سبز تغییر می نماید. اما در نمونه حاوی 10 درصد وزنی آلومینیم در دماهای 400 تا 600 هیچگونه اکسیداسیونی رخ نداد و آلومینیم از اکسیداسیون MoSi 2 جلوگیری می نماید و هیچگونه تغییر رنگی در نمونه های پودری مشاهده نشد. همچنین با توجه به نتایج حاصل از آنالیز پراش پرتو ایکس در دمای 850 درجه سانتیگراد آلومینیم موجود در شبکه هگزاگونال با تشکیل فیلم محافظ Al 2 O 3 از دانه های MoSi 2 محافظت کرده و باعث جلوگیری از اکسیداسیون MoSi 2 می گردد. در نتیجه آلومینیم می تواند مقاومت به اکسیداسیون MoSi 2 را در دماهای پایین افزایش دهد و از خوردگی معروف به پِست جلوگیری کند. کلمات کلیدی: فرایند سنتز احتراقی، MoSi 2 ، آلومینیم، اکسیداسیون.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی