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

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1394

TITLE

study on the formation mechanism of TiAl intermetallic compound by the coupling of combustion synthesis and mechanical-thermal activation processes
Titanium aluminides are one of the most widely used intermetallic compounds that have been used extensively in automotive and aerospace industries due to its low density and corrosion resistance at high temperatures. The main method for producing these compounds is divided into two types of solid state and molten state. The most important problem of these methods is the fuzzy separation and the slowness of penetration, and therefore the lack of a homogeneous and single-phase structure. Therefore, the main purpose of this study is to combine the two methods in a method of simultaneous mechanical and thermal activation for the production of titanium aluminides, especially TiAl, the mechanism of its formation, and also a method for accelerating the penetration process in these compounds. For this purpose, three separate methods of hot pelletization, spark plug plasma processing () and combustion synthesis (SHS) and were used. In this study, aluminum and pure titanium powders were mixed with a stoichiometric ratio of TiAl, and heated to 800 ° C for 12 and 18 hours. In the second method, the two-step process was performed so that in the first step, the sample was placed at 780 ° C and pressurized MPa 5 for 10 minutes, then in the second step, the pressure was increased to 40 MPa and the sample at 900, 1000 and 1050 ° C was held for 10 to 30 minutes. In the third method, after performing the SHS process, the sample was powdered and placed at a pressure of 40 MPa at 1000, 1100, and 1150 ° C for 10 minutes under a process. XRD and SEM tests were used to investigate the fuzzy and microstructure of products. EDS analysis was also performed to determine the chemical composition of different sites in the microstructure of the sample. The results of the investigations on the products produced in all three methods showed that, as a result of the reaction between solid and melt aluminum titanium, the TiAl3 phase was formed as the first reaction product. Then, due to the penetration of Al from TiAl3 to Ti, the Ti3Al composition was formed in the Ti / TiAl3 common interface. In the process, the TiAl2 phase was formed in the TiAl3 / Ti3Al interface, and the TiAl compound was finally synthesized in the TiAl2 / Ti3Al interface. In fact, the influence of aluminum atoms, from Al-rich regions to poorer regions, is the most important mechanism for controlling the formation of the TiAl interphalonic composition.
آلومینایدهای تیتانیوم یکی از انواع پرکاربرد ترکیبات بین‌فلزی هستند که به‌دلیل خواصی نظیر چگالی کم و مقاومت به خوردگی مناسب در دماهای بالا همواره کاربرد های فراوانی در صنایع خودروسازی و هوافضا داشته اند. عمده‌ترین روش تولید این ترکیبات به دو دسته روش‌های حالت جامد و حالت مذاب تقسیم می‌شوند. مهم‌ترین مشکل این روش‌ها، جدایش فازی و کندی نفوذ و لذا عدم حصول ساختاری همگن و تک‌فاز است. از این‌رو هدف اصلی این پژوهش تجمیع دو روش فوق در روشی متشکل از فعالسازی‌های مکانیکی و حرارتی به‌طور همزمان برای تولید آلومینایدهای تیتانیوم به‌ویژه ترکیب TiAl، بررسی مکانیزم تشکیل آن و همچنین بررسی روشی جهت تسریع فرایند نفوذ در این ترکیبات می‌باشد. به‌همین منظور از سه روش مجزای آسیاکاری گرم، تف‌جوشی پلاسمایی جرقه‌ای () و کوپل فرایندهای سنتز احتراقی (SHS) و استفاده شد. در این پژوهش پودرهای آلومینیوم و تیتانیوم خالص با نسبت استوکیومتری ترکیب TiAl با هم مخلوط و در دمای 800 درجه سانتی‌گراد به‌مدت 12 و 18 ساعت تحت آسیاکاری گرم قرار گرفت. در روش دوم ، فرایند دومرحله‌ای انجام شد به‌طوری‌که در مرحله اول، نمونه در دمای 780 درجه سانتی‌گراد و فشار MPa 5 به‌مدت 10 دقیقه قرار داده شد و سپس در مرحله دوم، فشار به MPa40 افزایش یافت و نمونه در دماهای 900، 1000 و 1050 درجه سانتی‌گراد برای زمان‌های 10 تا 30 دقیقه نگه داشته شد. در روش سوم، پس از انجام فرایند SHS، نمونه به‌شکل پودر درآمد و در فشار MPa 40 در دماهای 1000، 1100 و 1150 درجه سانتی‌گراد به‌مدت 10 دقیقه تحت فرایند قرار گرفت. به‌منظور بررسی‌های فازی و ریزساختاری محصولات ایجادشده از آزمون‌های XRD و SEM استفاده شد. همچنین برای مشخص‌شدن ترکیب شیمیایی نقاط مختلف در ریزساختار نمونه، آنالیز EDS انجام گرفت. نتایج حاصل از بررسی‌های صورت‌گرفته روی محصولات ایجادشده در هر سه روش نشان داد که در اثر واکنش بین تیتانیوم جامد و مذاب آلومینیوم فاز TiAl 3 به‌عنوان نخستین محصول واکنش تشکیل شد. سپس در اثر نفوذ Al از TiAl 3 به‌درون Ti، ترکیب Ti 3 Al در فصل مشترک Ti/TiAl 3 شکل گرفت. در ادامه فرایند فاز TiAl 2 در فصل مشترک TiAl 3 /Ti 3 Al تشکیل شد و در نهایت ترکیب TiAl نیز در فصل مشترک TiAl 2 /Ti 3 Al به‌وجود آمد. در واقع نفوذ اتم‌های آلومینیوم، از مناطق غنی از Al به مناطق فقیرتر، مهم‌ترین مکانیزم کنترل‌کننده سرعت تشکیل ترکیب بین‌فلزی TiAl می‌باشد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی