Skip to main content
SUPERVISOR
Mohammad Hossei Enayati,Fatallah Karimzadeh
محمدحسین عنایتی (استاد راهنما) فتح اله کریم زاده (استاد راهنما)
 
STUDENT
Sayyed Erfan Aghili
سیدعرفان عقیلی

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
در میان ترکیبات بین فلزی، آلومینایدهای آهن، به دلیل داشتن نسبت استحکام به وزن بالا، مقاومت سایشی مناسب، سختی بالا، نقطه ذوب بالا، مقاومت به خوردگی واکسیداسیون مناسب و ارزان بودن مواد اولیه، موقعیت ویژه ای دارند. از محدودیت های اصلی آلومینایدهای آهن، می توان به انعطاف پذیری کم در دماهای پائین و کاهش استحکام و مقاومت خزشی، در دماهای بالاتر ازC°600 اشاره نمود. این معایب را می توان تا حد زیادی از طریق کاهش اندازه دانه ها تا حد نانومتر و استفاده از ذرات تقویت کننده به عنوان فاز ثانویه و ایجاد ساختار کامپوزیتی برطرف نمود. علاوه بر آن افزودن عنصر آلیاژی سوم نظیر کرم نیز می تواند نقش بسزایی را در بهبود خواص این ترکیبات ایفا کند. بنابراین استفاده همزمان از هر سه عامل یعنی افزودن عنصر آلیاژی سوم، کاهش اندازه دانه ها تا ابعاد نانومتری و ایجاد ساختار کامپوزیتی منجر به ارتقا چشمگیر خواص آلومینایدهای آهن می شود. در این پژوهش هدف ساخت و بررسی مکانیزم تشکیل نانوکامپوزیت، با زمینه ترکیب بین فلزی (Fe,Cr) 3 Al حاوی فاز تقویت کننده Al 2 O 3 ، می باشد. به منظور بررسی تغییرات فازی و مطالعات ریزساختاری، از آزمون های پراش پرتو ایکس(XRD)، میکروسکوپ الکترونی روبشیSEM))، آنالیز حرارتی افتراقیDTA))، میکروسکوپ الکترونی عبوریTEM)) و ریز سختی سنجی استفاده شد. بدین منظور در ابتدا، نحوه تشکیل ترکیب بین فلزی (Fe,Cr) 3 Al با آلیاژسازی مکانیکی مخلوط پودری آهن، کرم و آلومینیوم بررسی شد. نتایج حاکی از این است که در مراحل ابتدایی آسیابکاری مخلوط پودری Fe 50 Cr 25 Al 25 ، یک ساختار لایه ای متشکل از لایه های متناوب Fe/Cr/Al تشکیل می شودکه این ساختار با گذشت زمان آسیابکاری به محلول جامد Fe(Cr,Al) تبدیل می شود و در ادامه فرایند آسیابکاری، این ساختار به ترکیب بین فلزی (Fe,Cr) 3 Al نانوساختارتبدیل می شود. در مرحله بعد، ساخت نانوکامپوزیتAl 2 O 3 - (Fe,Cr) 3 Al، در طی یک واکنش مکانوشیمیایی در حین فرایند آلیاژسازی مکانیکی واز دو مسیر مختلف(احیای اکسید کرم واحیای هماتیت توسط آلومینیوم) مورد بررسی قرار گرفت. در حین آلیاژسازی مکانیکی مخلوط پودری Fe-Al-Cr 2 O 3 ، آلومینیوم با اکسید کرم به صورت تدریجی واکنش داده و فازهای کرم و آلومینا تشکیل می شوند. سپس به طور همزمان کرم احیا شده به همراه آلومینیوم اضافی در شبکه آهن حل شده و محلول جامد Fe(Cr,Al) تشکیل می شود. افزایش زمان آسیابکاری، منجر به تبدیل محلول جامدFe(Cr,Al) به ترکیب بین فلزی (Fe,Cr) 3 Al نامنظم می شود. در سیستم آلیاژیCr-Al-Fe 2 O 3 ، گرمای ناشی از واکنش ترمیت، بلافاصله پس از وقوع واکنش، منجر به شکل گیری فازهایFe(Cr,Al) و Al 2 O 3 کریستالی می شود. این در حالیست که افزایش زمان آسیابکاری تا 10 ساعت منجر به تشکیل فاز (Fe,Cr) 3 Al نانوساختار می شود. به منظور کاهش درصد حجمی فاز تقویت کننده در محصول نهایی از دو روش مختلف (آسیابکاری مخلوط پودری Fe-Al-Cr-Cr 2 O 3 و Fe-Al-Cr-Fe 2 O 3 )، پودر نانوکامپوزیتی (Fe,Cr) 3 Al-20vol%Al 2 O 3 ، ساخته شد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی