Skip to main content
SUPERVISOR
Mohammad Hossei Enayati,Fatallah Karimzadeh
محمدحسين عنايتي (استاد راهنما) فتح اله کريم زاده (استاد راهنما)
 
STUDENT
Sayyed Erfan Aghili
سيدعرفان عقيلي

FACULTY - DEPARTMENT

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

TITLE

Synthesis and Formation Mechanism of (Fe,Cr)3Al/Al2O3 Nanocomposite by Mechanical Alloying
Iron aluminides have received considerable attention as a structural material because of their advantageous properties, in particular, high specific strength, relatively high wear resistance and hardness, high melting point, high oxidation and corrosion resistance. However, industrial application of these alloys has been limited due to their brittleness at room temperature and their poor creep resistance above 600 ° C. Several approaches were attempted to improve their major drawbacks such as reducing the grain size to nanometric range, dispersion strengthening and addition of alloying elements such as Cr. Taking all these factors into account, the synthesis of particulate reinforced FeAl(Cr) intermetallic compound composite with nanostructured matrix can be interesting. The reinforcement particles can be either directly added to the matrix (ex-situ technique) or formed by an in-situ displacement reaction. One possible route for in-situ introducing hard particles in the matrix of composites is the mechanochemical processing in which high-energy milling promotes the displacement reaction in a mixture of reactive powders. In this study, fabrication and formation mechanism of alumina reinforced (Fe,Cr) 3 Al matrix nanocomposite via mechanochemical processing have been investigated. In first stage, formation mechanism of (Fe,Cr) 3 Al intermetallic compound by ball milling of Fe-Al-Cr powder mixture has been studied. In second stage (Fe,Cr) 3 Al-Al 2 O 3 nanocomposite were fabricated using two routes; ball milling of Fe-Al-Cr 2 O 3 powder mixture and ball milling of Fe 2 O 3 -Al-Cr powder mixture. The structural evaluation of powders was studied by X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM), scanning electron microscopy (SEM), and differential thermal analysis (DTA) and microhardness measurements. Results showed that in early stages of ball milling of Fe 50 Al 25 Cr 25 powder mixture, a composite lamellar structure of Fe, Cr and Al is formed in which the dissolution of Al and Cr atoms in Fe lattice takes place. The resulting solid solution finally leads to the formation of nanocrystalline disordered (Fe,Cr) 3 Al phase. It was found that during milling of Fe-Al-Cr 2 O 3 system, Al gradually reacts with Cr 2 O 3 leading to the formation of metallic Cr and Al 2 O 3 phases. The reduced Cr and remaining Al concurrently diffuse into the Fe lattice and as a result a Fe(Al,Cr) solid solution develops. This structure transformed to (Fe,Cr) 3 Al intermetallic compound at longer milling times. In Fe 2 O 3 -Al-Cr system, a combustion
چکيده در ميان ترکيبات بين فلزي، آلومينايدهاي آهن، به دليل داشتن نسبت استحکام به وزن بالا، مقاومت سايشي مناسب، سختي بالا، نقطه ذوب بالا، مقاومت به خوردگي واکسيداسيون مناسب و ارزان بودن مواد اوليه، موقعيت ويژه اي دارند. از محدوديت هاي اصلي آلومينايدهاي آهن، مي توان به انعطاف پذيري کم در دماهاي پائين و کاهش استحکام و مقاومت خزشي، در دماهاي بالاتر ازC°600 اشاره نمود. اين معايب را مي توان تا حد زيادي از طريق کاهش اندازه دانه ها تا حد نانومتر و استفاده از ذرات تقويت کننده به عنوان فاز ثانويه و ايجاد ساختار کامپوزيتي برطرف نمود. علاوه بر آن افزودن عنصر آلياژي سوم نظير کرم نيز مي تواند نقش بسزايي را در بهبود خواص اين ترکيبات ايفا کند. بنابراين استفاده همزمان از هر سه عامل يعني افزودن عنصر آلياژي سوم، کاهش اندازه دانه ها تا ابعاد نانومتري و ايجاد ساختار کامپوزيتي منجر به ارتقا چشمگير خواص آلومينايدهاي آهن مي شود. در اين پژوهش هدف ساخت و بررسي مکانيزم تشکيل نانوکامپوزيت، با زمينه ترکيب بين فلزي (Fe,Cr) 3 Al حاوي فاز تقويت کننده Al 2 O 3 ، مي باشد. به منظور بررسي تغييرات فازي و مطالعات ريزساختاري، از آزمون هاي پراش پرتو ايکس(XRD)، ميکروسکوپ الکتروني روبشيSEM))، آناليز حرارتي افتراقيDTA))، ميکروسکوپ الکتروني عبوريTEM)) و ريز سختي سنجي استفاده شد. بدين منظور در ابتدا، نحوه تشکيل ترکيب بين فلزي (Fe,Cr) 3 Al با آلياژسازي مکانيکي مخلوط پودري آهن، کرم و آلومينيوم بررسي شد. نتايج حاکي از اين است که در مراحل ابتدايي آسيابکاري مخلوط پودري Fe 50 Cr 25 Al 25 ، يک ساختار لايه اي متشکل از لايه هاي متناوب Fe/Cr/Al تشکيل مي شودکه اين ساختار با گذشت زمان آسيابکاري به محلول جامد Fe(Cr,Al) تبديل مي شود و در ادامه فرايند آسيابکاري، اين ساختار به ترکيب بين فلزي (Fe,Cr) 3 Al نانوساختارتبديل مي شود. در مرحله بعد، ساخت نانوکامپوزيتAl 2 O 3 - (Fe,Cr) 3 Al، در طي يک واکنش مکانوشيميايي در حين فرايند آلياژسازي مکانيکي واز دو مسير مختلف(احياي اکسيد کرم واحياي هماتيت توسط آلومينيوم) مورد بررسي قرار گرفت. در حين آلياژسازي مکانيکي مخلوط پودري Fe-Al-Cr 2 O 3 ، آلومينيوم با اکسيد کرم به صورت تدريجي واکنش داده و فازهاي کرم و آلومينا تشکيل مي شوند. سپس به طور همزمان کرم احيا شده به همراه آلومينيوم اضافي در شبکه آهن حل شده و محلول جامد Fe(Cr,Al) تشکيل مي شود. افزايش زمان آسيابکاري، منجر به تبديل محلول جامدFe(Cr,Al) به ترکيب بين فلزي (Fe,Cr) 3 Al نامنظم مي شود. در سيستم آلياژيCr-Al-Fe 2 O 3 ، گرماي ناشي از واکنش ترميت، بلافاصله پس از وقوع واکنش، منجر به شکل گيري فازهايFe(Cr,Al) و Al 2 O 3 کريستالي مي شود. اين در حاليست که افزايش زمان آسيابکاري تا 10 ساعت منجر به تشکيل فاز (Fe,Cr) 3 Al نانوساختار مي شود. به منظور کاهش درصد حجمي فاز تقويت کننده در محصول نهايي از دو روش مختلف (آسيابکاري مخلوط پودري Fe-Al-Cr-Cr 2 O 3 و Fe-Al-Cr-Fe 2 O 3 )، پودر نانوکامپوزيتي (Fe,Cr) 3 Al-20vol%Al 2 O 3 ، ساخته شد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی