Skip to main content
SUPERVISOR
Fakhreddin Ashrafizadeh,Mohammad Hossei Enayati,Morteza Shamanian esfahani
سيدفخرالدين اشرفي زاده (استاد راهنما) محمدحسين عنايتي (استاد مشاور) مرتضي شمعانيان اصفهاني (استاد راهنما)
 
STUDENT
Amirhossein Molladavoudi
اميرحسين ملا داوودي

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1387

TITLE

Production and Characterization of CoTi-TiC Nanocomposite by Mechanical Alloying
Intermetallic compounds have been the focus of significant research and development efforts during the last 15 years. The promise of very strong tough structural materials at elevated temperatures has tantalized researchers for several decades. The technological attraction comes mainly from new aerospace needs for high temperature structural materials with properties that cannot be met by ceramics or by conventional superalloys. Intermetallic CoTi has received a great deal of attention as candidate materials for high-temperature applications because of its low density, high specific strength, good oxidation and corrosion resistance at elevated temperatures. Several techniques such as self propagating high temperature synthesis (SHS), reactive hot press and mechanical alloying (MA) have also been developed to produce a wide array of intermetallic matrix omposites. Among these methods, MA technique is well known for synthesis of compounds and nanocomposites using the mechanochemical reactions. MA is a technique to roduce powders with unique microstructures, such as nanoscale structures and morphous phases. Its attraction is that it has a near-net-shape product, which can greatly reduce the shaping process. Therefore, Mechanical alloying method was used in this research to study the formation and properties of CoTi nanocomposite reinforced by TiC particles. Ball milling process was performed in two stages; first, producing the nano-structured CoTi intermetallic and second formation of TiC reinforcement in CoTi matrix followed by in-situ production of CoTi-TiC nanocomposite. Mechanical alloying of pure cobalt, titanium and carbon powders with stoichiometric ratio and Ball-to-Powder Weight Ratio of 10:1 and 5:1 was carried out using a high energy ball mill with speed of 300 rpm in various time intervals. Heat treatment process was carried out in vacuum furnace at 900 °C for 30 and 60 min. Transition and scanning electron microscopes and X-ray diffraction technique were employed to examine the microstructural evolution. In addition, crystallite size and lattice distortion changes in the powder mixtures were investigated using the sigma plot software and Williamson-Hall method at different stages. The results showed that an increase in Ball-to-Powder Weight Ratio from 5:1 to 10:1 lead to a decrease in production time of CoTi from 20 to 8 hours, a decrease in grain size and a considerable increase in internal strain and hardness in the final specimens. The CoTi phase obtained had a particle size of about 10 µm, crystallite size of 14 nm and lattice distortion of 0.5%. The CoTi-TiC nanocomposite represented a particle size of about 15 µm, crystallite size of 15 nm and lattice distortion of 1.5%. In all specimens, increase in ball milling time was associated with an increase in hardness and lattice distortion and a decrease in crystallite size of powder mixtures. The hardness of CoTi was
چکيده يکي از روش‌هاي بهبود خواص کامپوزيت‌ها، استفاده از ترکيبات بين‌فلزي به عنوان فاز زمينه مي‌باشد. در ميان ترکيبات بين‌فلزي، CoTi با داشتن خواص مناسب از جمله استحکام نهايي، مقاومت به خوردگي و اکسيداسيون خوب، پايداري فازي قابل توجه و انعطاف پذيري در دماي بالا و خاصيت حافظه‌داري، به عنوان فاز زمينه کاربرد دارند. در اين تحقيق از فرايند آلياژسازي مکانيکي، به منظور توليد کامپوزيت نانوساختار CoTi-TiC استفاده شد. فرايند توليد، شامل توليد ترکيب بين‌فلزي CoTi نانوساختار و توليد نانوکامپوزيت CoTi-TiC به صورت درجا بود. آلياژسازي مکانيکي با استفاده از پودر خالص Co، Ti و C به نسبت استوکيومتري و نسبت گلوله به پودر5:1 و 10:1 توسط دستگاه آسياب گلوله‌اي سياره‌اي پرانرژي با سرعت rpm300، در بازه‌هاي 2 تا 10 ساعت انجام گرفت. عمليات حرارتي در کوره خلاء، در دماي°C900 و در زمان‌هاي 30 و 60 دقيقه انجام شد. به منظور بررسي‌هاي ريزساختاري، پيگيري روند توليد آلياژ در طي آلياژسازي مکانيکي و شناسايي محصولات، از ميکروسکوپ الکتروني روبشي(SEM) و عبوري(TEM) و پراش پرتو ايکس(XRD) استفاده شد. تغييرات اندازه دانه‌هاي کريستالي و کرنش شبکه در مخلوط‌هاي پودري توليدي با کمک نرم افزار سيگماپلات و فرمول ويليامسون- هال در مراحل مختلف مورد مطالعه قرار گرفت. نتايج حاصل نشان داد که بهترين نسبت گلوله به پودر براي توليد ترکيب بين فلزي CoTi، نسبت 10:1 بود. اين ترکيب پس از 12 ساعت آسياب‌کاري و با اندازه دان?nm 14 و کرنش شبکه 5/0% بدست آمد.کامپوزيت نانوساختار CoTi-TiC، پس از 40 ساعت آسياب‌کاري(با نسبت گلووله به پودر 10:1) بدست آمد که اندازه دان? CoTi در اين کامپوزيت، nm15 و کرنش شبکه آن 4/1% و اندازه دان?TiC در اين کامپوزيت، nm8 و کرنش شبکه آن 5/1% بدست آمد. در تمامي نمونه‌ها افزايش زمان آسياب‌کاري با افزايش سختي، افزايش ميزان کرنش شبکه و کاهش اندازه دان? مخلوط‌هاي پودري همراه بود. حضور TiC در کامپوزيت نانوساختار CoTi-TiC باعث شد تا سختي آن نسبت به ترکيب بين فلزي CoTi تقريباً 2 برابر شود. نتايج همچنين نشان داد که افزايش نسبت وزني گلوله به پودر از 5:1 به 10:1 منجر به کاهش زمان توليد ترکيب CoTi از 20 ساعت به 8 ساعت وکاهش اندازه دانه از 31 به 14 نانومتر مي‌شود. انجام عمليات حرارتي مخلوط پودري موجب تشکيل فازهاي CoTi، TiC و تشکيل ترکيب بين‌فلزي Co 2 Ti شد. همچنين عمليات حرارتي موجب افزايش انداز? دانه در پودر نانوساختار CoTi از 14 به 80 نانومتر و کاهش ميزان سختي آن ازHV470 به HV390 شد و سختي نانوکامپوزيت CoTi-TiC را از HV900 بهHV760 کاهش داد. کلمات کليدي: TiCo، TiCo-TiC، ترکيب بين فلزي، نانو کامپوزيت، نانوساختار، آلياژسازي مکانيکي، آسياب‌کاري

ارتقاء امنیت وب با وف بومی