Skip to main content
SUPERVISOR
Mahmood Meratian isfahani,Masoud Panepour
محمود مراتيان اصفهاني (استاد راهنما) مسعود پنجه پور (استاد راهنما)
 
STUDENT
Ali Alyari
علي النقي علياري

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
چکيده سيليسايدها، دسته اي جديد از مواد هستند که با داشتن خواص مطلوبي نظير نقطه ذوب بالا، چگالي نسبتاً کم و مقاومت به خوردگي خوب براي کاربرد سازه اي در صنايع هوافضا و انرژي مورد استفاده قرار مي گيرند. در اين تحقيق تأثير اکسيداسيون ذرات آلومينيم بر تشکيل MoSi 2 طي فرايند سنتز احتراقي مورد بررسي قرار گرفت. بدين منظور نمونه هايي از مخلوط پودري موليبدن و سيليسيم همراه با 0، 4، 7 و 10 درصد وزني پودر آلومينيم تحت فشار 175 کيلوگرم بر سانتيمتر مربع پرس شدند. سپس به منظور بررسي تأثير حضور آلومينيم بر روند انجام و تأثير بر روي پارامترهاي اين فرايند، هر يک از نمونه ها تحت آزمايش سنتز احتراقي به صورت خودپيشرونده ( SHS ) و انفجاري ( TE ) در اتمسفر هوا و آرگون قرار گرفتند. در ادامه جهت بررسي هاي فازي و ساختاري، محصولات حاصل از اين فرايند تحت آزمون هاي پراش پرتو ايکس (XRD) و ميکروسکوپ الکتروني روبشي (SEM) قرار گرفتند. درصد تخلخل در نمونه هاي سنتز شده با استفاده از تصاوير ميکوسکوپي نوري و نرم افزار کلمکس تعيين شد. همچنين براي بررسي سرعت واکنش توسط دوربين فيلمبرداري Canon از حرکت موج جبهه احتراق نمونه هاي سنتز خودپيشرونده فيلمبرداري شد. نتايج حاصل از اين فرايند حاکي از آن است که آلومينيم در شبکه MoSi 2 حل شده و بصورت جانشيني با اتم هاي سيليسيم ساختار شبکه را از تتراگونال به هگزاگونال تغيير داده است. همچنين به دليل گرماگير بودن استحاله MoSi 2 از تتراگونال به هگزاگونال دما و سرعت جبهه احتراق کاهش يافت و آلومينيم در فرايند خودپيشرونده نقش ماده رقيق کننده را داشته و اکسيداسيون آلومينيم در فرايند SHS هيچگونه نقشي ندارد. در فرايند انفجاري آلومينيم با سيليسيم تشکيل مذاب يوتکتيکي و غير يوتکتيکي مي دهد و باعث کاهش دما و زمان شروع سنتز مي گردد. در ادامه براي بررسي نقش اکسيداسيون ذرات پودري آلومينيم در MoSi 2 سنتز احتراقي شده، نمونه هاي حاوي 0 و 10 درصد وزني آلومينيم به مدت 12 ساعت و با سيکل هاي 2 ساعت در کوره تيوبي مورد ارزيابي آزمون اکسيداسيون قرار گرفت. نتايج حاصل بيانگر اين مطلب مي باشد که نمونه بدون آلومينيم در دماي 400 تا 600 درجه سانتيگراد منجر به اکسيداسيون شده که اين اکسيداسيون به نام پِست معروف مي باشد، به طوري که منجر به متلاشي شدن نمونه مي گردد و همچنين رنگ نمونه پودري از سياه به سبز تغيير مي نمايد. اما در نمونه حاوي 10 درصد وزني آلومينيم در دماهاي 400 تا 600 هيچگونه اکسيداسيوني رخ نداد و آلومينيم از اکسيداسيون MoSi 2 جلوگيري مي نمايد و هيچگونه تغيير رنگي در نمونه هاي پودري مشاهده نشد. همچنين با توجه به نتايج حاصل از آناليز پراش پرتو ايکس در دماي 850 درجه سانتيگراد آلومينيم موجود در شبکه هگزاگونال با تشکيل فيلم محافظ Al 2 O 3 از دانه هاي MoSi 2 محافظت کرده و باعث جلوگيري از اکسيداسيون MoSi 2 مي گردد. در نتيجه آلومينيم مي تواند مقاومت به اکسيداسيون MoSi 2 را در دماهاي پايين افزايش دهد و از خوردگي معروف به پِست جلوگيري کند. کلمات کليدي: فرايند سنتز احتراقي، MoSi 2 ، آلومينيم، اکسيداسيون.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی