عنوان اين اختراع شامل "توليد پودر نانوكامپوزيت Al-Fe/TiB2 به روش آلياژسازي مكانيكي و عمليات حرارتي\\\\" مي‏باشد و طبق طبقه¬بندي بين المللي اختراعات، زمينه فني در بخش ج، زير بخش متالورژي قرار مي¬گيرد. در سالهاي اخير آلومينيوم و آلياژهاي آن به دليل داشتن خواصي مانند چگالي پايين، استحكام و مدول ويژه بالا و مقاومت به خستگي و خزش كاربرد زيادي در صنايع هوا- فضا، خودرو سازي و حمل و نقل به خود اختصاص داده¬اند. با اين وجود، آلومينيوم و آلياژهاي آن از خواص نامطلوبي نظير سختي و مقاومت به سايش پايين نيز برخور دارند. همچنين به دليل افت خواص مكانيكي آلومينيوم و آلياژهاي آن در دماي بالا، استفاده از اين مواد در دماي بالا با محدوديت¬هايي همراه است. در سالهاي اخير، تقويت كننده¬هاي دي بورايد تيتانيم (TiB2) به دليل داشتن خواصي نظير سختي و نقطه ذوب بالا، چگالي پايين، رسانايي الكتريكي بالا، مقاومت به شوك حرارتي خوب، خنثي بودن از نظر شيميايي، مقاومت به سايش و خوردگي عالي و مدول بالا در ساخت نانوكامپوزيتهاي ذره¬اي با زمينه آلومينيوم مورد استفاده قرار گرفته¬اند. در اين اختراع براي اولين بار با استفاده از مخلوط پودرهاي آلومينيوم، فروتيتانيم و اكسيد بور نانوكامپوزيت Al-Fe/TiB2درجا توسط آلياژسازي مكانيكي و سپس عمليات حرارتي تحت اتمسفر آرگون توليد شده است. از جمله ويژگي¬هاي اين روش كاربرد مواد اوليه ارزان مي¬باشد به گونه¬اي كه هزينه سنتز اين نانوكامپوزيت در مقايسه با ساير روشهاي موجود بسيار ارزانتر است. در اين فرآيند، عمليات آلياژسازي مكانيكي در آسياب سايشي تنها منجر به ريزشدن، فعال شدن و توزيع يكنواخت ذرات مي¬شود. همچنين، انجام فرآيند عمليات آلياژسازي باعث افزايش پارامتر شبكه آلومينيوم به دليل انحلال اتم¬هاي تيتانيم و آهن در شبكه آلومينيوم شده است. پس از آلياژسازي مكانيكي به منظور تشكيل فازهاي تقويت كننده عمليات حرارتي در دماي 700 درجه سانتي گراد بر روي نمونه¬ها انجام شده است. نتايج نشان مي¬دهد كه علاوه بر فاز تقويت كننده TiB2 دو فاز Al2O3 و Al13Fe4 نيز تشكيل مي¬گردد. به علاوه ساختار محصول نهايي ريز و از نظر توزيع فاز TiB2 كاملا يكنواخت مي¬باشد.

عنوان اين اختراع شامل " ساخت قطعه نانوكامپوزيتي Al-Fe/TiB2 توسط فرايند آلياژسازي مكانيكي و پرس داغ " مي‏باشد و طبق طبقه¬بندي بين المللي اختراعات، زمينه فني در بخش ج، زير بخش متالورژي قرار مي¬گيرد. كامپوزيتهاي زمينه آلومينيومي در صنايع هوا – فضا، اتومبيل و حمل و نقل به علت مدول و استحكام ويژه بالا و مقاومت به خستگي و خزش، كاربرد¬هاي بسيار زيادي دارند. مواد سراميكي متداولي به عنوان تقويت كننده در آلياژهاي Al بكار مي¬رود كه شامل: كاربيدها، بوريدها، نيتريدها و اكسيدها مي باشند. در بين اين ذرات تقويت كننده در سالهاي اخير TiB2به دليل داشتن ويژگي¬هايي مانند سختي بالا، چگالي پايين، مقاومت به شوك حرارتي خوب، خنثي بودن از نظر شيميايي، مقاومت به سايش و خوردگي عالي و مدول بالا كانديداي مناسبي براي استفاده به عنوان تقويت كننده مي¬باشد. مشكل اصلي آلياژهاي آلومينيوم رفتار تريبولوژيكي ضعيف و پايداري حرارتي كم آن‌ها مي‌باشد. حضور ذرات سراميكي تقويت كننده نانومتري در ساختار مي‌تواند با ايجاد مانع بر سرحركت نابجايي‌ها، اين آلياژها را براي كاربردهاي سايشي و دماي بالا مناسب سازد. در اين اختراع براي اولين بار با استفاده از مخلوط پودرهاي آلومينيوم، فروتيتانيم و اكسيد بور نانوكامپوزيت Al-Fe/TiB2درجا توسط آلياژسازي مكانيكي و سپس پرس داغ تحت خلاء توليد شده است. از جمله ويژگي¬هاي اين روش كاربرد مواد اوليه ارزان مي¬باشد به گونه¬اي كه هزينه ساخت اين نانوكامپوزيت در مقايسه با ساير روشهاي موجود بسيار ارزانتر است. در اين فرآيند عمليات آلياژسازي مكانيكي در آسياب سايشي تنها منجر به ريزشدن، فعال شدن و توزيع يكنواخت ذرات مي¬شود. همچنين، انجام فرآيند عمليات آلياژسازي باعث افزايش پارامتر شبكه آلومينيوم به دليل انحلال اتم هاي تيتانيم و آهن در شبكه آلومينيوم شده است. پس از آلياژسازي مكانيكي به منظور تشكيل فازهاي تقويت كننده عمليات پرس داغ در دماي 700 درجه سانتي گراد بر روي نمونه ها انجام شده است. نتايج نشان مي¬دهد كه علاوه بر فاز تقويت كننده TiB2 دو فاز Al2O3 و Al13Fe4 نيز تشكيل مي¬گردد. به علاوه ساختار محصول نهايي ريز و از نظر توزيع فاز TiB2 كاملا يكنواخت مي¬باشد.

خلاصه نحوه توليد و توصيف كاركرد: ذرات نانو پودر فريت كبالت توسط روش سل ژل خود احتراقي توليد شدند و به تقريب اندازه nm 35 دارند كه توسط روشهاي پراش اشعه ايكس و ميكروسكوپ الكتروني عبوري اين اندازه مشخص شد. نوآوري پيش رو در نحوه توليد كامپوزيت با استفاده از پودر توليد شده است. در اين تحقيق اختلاط نانو پودر فريت كبالت و پليمر براي ايجاد كامپوزيت با استفاده از اكستروژن صورت گرفت و نمونه هاي نهايي با استفاده از پرس داغ در ابعاد نهايي توليد شدند و در نهايت ميزان امواج مايكروويو انعكاس داده شده و عبور شده توسط دستگاه موج بر در محدوده فركانس GHz 12-8 اندازه گيري شد. ميزان جذب توسط دو پارامتر مقدار امواج بازگشتي و مقدار امواج عبور كرده و توسط روابط مرسوم محاسبه شدند كه با توجه به ضخامت نمونه توليد شده و همچنين مقدار نانو ذرات كبالت درون كامپوزيت متغير بود و در بهترين حالت به 51- dB رسيد كه مقدار خوب و قابل قبولي است. روش اكستروژن براي توليد جاذب هايي از اين دست تا به حال در ايران استفاده نشده است.

در روش ابتكاري حاضر، يك پوشش تبديلي نانوزيركونيايي‏‏ به عنوان جايگزيني مناسب براي پوششهاي فسفاته در سطح ورقهاي گالوانيزه، تهيه شد. نمونه هاي مورد بررسي از غوطه ور كردن ورق فولاد گالوانيزه مورد استفاده در صنعت خودروسازي در يك محلول تبديلي دوستدار محيط زيست و مبتني بر هگزافلئوروزيركونيك اسيد (H2ZrF6) اصلاح شده، تهيه شدند. محلول مذكور حاوي ذرات نانوسراميكي زيركونيايي و تنظيم‌كننده‌هاي pH شامل آمونيوم كربنات و استيك اسيد بود. بررسيهاي ريخت شناسي،‏‏‏‏‏‏ ‏‏تشكيل پوششي از نانوتجمعات زيركونيايي در سطح را تاييد كردند. همچنين بر اساس نتايج آزمون‌هاي خوردگي، تمامي سطوح پوشش داده شده توسط محلول تبديلي داراي مقاومت به خوردگي بهتري نسبت به گالوانيزه پايه بوده و عملكرد محافظت از خوردگي قابل مقايسه با پوششهاي تبديلي فسفاته را فراهم كردند. نتايج نشان داد كه بيشترين مقاومت به خوردگي در مقدار pH و دماي غوطه‌وري به ترتيب برابر با 5 و 25 درجه سانتيگراد، طي مدت زمان 90 ثانيه حاصل ميشود.

كامپوزيت لايه اي الياف-فلز هوشمند به منظور ارتقاي خواص ضربهاي يك كامپوزيت لايه اي الياف-فلز مورد مطالعه و ساخت قرار گرفت. كامپوزيت لايه اي الياف-فلز متشكل از لايه هاي كامپوزيتي و فلزي است كه باعث مي شود خواص هر دو ماده را در بر داشته باشد، ولي مقاومت ضربه اين ماده نمي تواند در كاربردهاي حساس به ويژه در صنايع هوايي و دريايي مناسب باشد، بنابراين در اين اختراع با استفاده از خواص مكانيكي آلياژهاي حافظه دار و استفاده از آنها در كامپوزيت لايه اي الياف-فلز نوعي از اين ماده به نام كامپوزيت لايه اي الياف-فلز هوشمند معرفي شد كه در برابر ضربه تا 50% مقاومت بهتري نسبت به حالت قبل دارد و مي تواند به صورت گسترده در صنعت ساخت بدنه مورد استفاده قرار گيرد.

توجه به كامپوزيت‌هاي زمينه پليمري به دليل خواص ويژه‌ آنها از جمله استحكام بالا، مدول ويژه بالا و غيره در صنايع مختلف اعم از صنايع نظامي، هوايي و دريايي رو به افزايش است. اين سازه‌ها از زماني كه تحت بارگذاري قرار مي‌گيرند، مستعد به ايجاد آسيب هستند، لذا مي‌توان با خودترميم كردن اين سازه‌ها در درجه‌ي اول به عمر كاري آن‌ها اضافه كرد و نهايتاً از هزينه‌هاي بازرسي، تعمير و نگهداري آن‌ها كم كرد. كامپوزيت‌هاي پليمري خودترميم، كامپوزيت‌هايي هستند كه وقتي تحت بارگذاري قرار گيرند و آسيب ببينند، آسيب ايجاد شده در آن‌ها به مرور زمان ترميم شده و سازه به خواص اوليه خود و يا حتي بهتر از آن برمي‌گردد. در اختراع حاضر، كامپوزيت خودترميم هوشمند حاوي ميكروكانال‌هاي آوندي به منظور ارتقاي عمر كاري كامپوزيت‌هاي زمينه پليمري مورد مطالعه و ساخت قرار گرفت. در اين تحقيق با استفاده از ايجاد ميكروكانال‌هايي در ساختار جهت ذخيره عوامل ترميمي، بازده ترميم استحكام كششي در نمونه‌ي حاوي 4% عامل ترميمي، به ميزان 68/05% نسبت به نمونه‌ي‌ آسيب ديده‌ي بدون ترميم بعد از گذشت 7 روز از ايجاد آسيب اوليه بدست آمد.

بازتابنده¬ها (آينه¬ها) از جمله مواردي هستند كه از ديرباز براي كاربرد¬هاي بسياري مانند دكوراسيون و معماري مورد استفاده قرار گرفته اند و امروزه در صنايع اپتيك و استحصال انرژي خورشيدي بصورت تمركزدهي نور خورشيد كاربرد دارند. از جمله مشكلات اين ابزار پركاربرد، مقاومت پايين آن در برابر ضربات وارد شده (به لحاظ اين كه جنس اين بازتابنده ها عمدتا شيشه است) و همچنين وزن بسيار بالاي آنهاست كه در برخي موارد قيمت بالايي نيز دارند. در اين اختراع، مشكل وزن بالا و ضربه¬پذيري پايين با بهره¬گيري از كامپوزيت هاي زمينه پليمري تا حد قابل توجهي برطرف شده است. بازتابنده¬هاي كامپوزيتي از يك زيرلايه پليمري (اپوكسي) تقويت شده با الياف شيشه و كربن و افزوده شدن نانوصفحات گرافن تشكيل شده كه لايه اي بسيار نازك از يك ماده بازتاب دهنده نور مانند فلز نقره يا آلومينيم بر روي آن پوشش داده مي شود. با بهبود پارامترهاي پوشش كاري و عمليات پيش آماده سازي سطح ماده زيرلايه، استحكام چسبندگي اين پوشش به زيرلايه كامپوزيتي افزايش مي يابد. همچنين از يك لايه نازك، مقاوم به سايش و خش به جهت حفاظت لايه بازتابنده استفاده شده است. در اين صورت بازتابنده كامپوزيتي در مجموع مقاومت به ضربه خوبي در عين سبكي دارد و همچنين ميزان بازتابندگي آن بيش از 90% خواهد بود. اين بازتابنده (آيينه) كامپوزيتي را مي توان براي تقريبا تمامي كاربرد¬هاي نسل هاي قديمي خودش بكار برد.

ميكروكپسوله كردن علمي است كه در سال هاي اخير در مواد هوشمند به منظور ايجاد خودترميم شوندگي توسعه يافته است. از جمله صنعتهايي كه قابليت استفاده از ميكروكپسول هاي حاوي عامل ترميم وجود دارد، صنايع هوافضا، كشتي¬سازي، سازه¬هاي انتقال نفت و آب، خودروسازي، صنايع رنگ و الكترونيك مي باشند. در اين اختراع سعي شده است تا عامل ترميم اپوكسي- اتيل استات به روش پليمره شدن تك مرحله اي توسط پوشش اوره- فرمالدهيد كپسوله شود. از مزاياي اين اختراع در مقايسه با روش هاي ديگر كپسوله شدن، ايجاد ساختار صاف، نيمه شفاف و پايدار ميكروكپسول¬ها مي¬باشد. همچنين با تبديل روش سنتز از دو مرحله به تك مرحله، پيچيدگي روش سنتز نسبت به قبل كاهش يافته و قابليت توليد افزايش يافته است. دستيابي به قابليت كپسوله شدن 80 درصدي و ميزان پرشوندگي 72 درصدي از مزاياي روش بيان شده در اين اختراع مي باشد.

استفاده از فوم پلي يورتان به عنوان هسته شكل دهنده در توليد تقويتي هاي طولي و عرضي شناورهاي دريايي امري متداول است. با اين وجود، شناورهاي دريايي مذكور داراي معايبي نظير حساسيت شديد فوم پلي يورتان به رطوبت، پايين بودن خواص مكانيكي پلي يورتان، اتصال زمان بر و نامناسب تقويتي هاي فومي به پانل كف و سطح ناهموار ناشي از تقاطع تقويتي‌هاي طولي و عرضي هستند. در اين اختراع، يك ساختار جديد ساندويچي با هسته هيبريدي متشكل از كورك آگلومره و فوم پلي يورتان كه توسط يك ساختار مشبك كامپوزيتي تقويت شده، ارائه شده است. با توجه به استفاده كورك به عنوان يك ماده مقاوم به رطوبت در لايه¬هاي خارجي هسته، اين ساختار نسبت به ساندويچ پنل هاي مبتني بر فوم پلي يورتان در برابر جذب رطوبت بسيار مقاوم عمل مي‌نمايد. در اين ساختار، بدون نياز به استفاده از تقويتي هاي ثانويه كه مشكلات فراواني را در پي دارد، ساختار مشبك كامپوزيتي علاوه بر بهبود چشمگير خواص فشاري هسته، پوسته هاي فوقاني و تحتاني ساندويچ پنل را به يكديگر مرتبط كرده و ظرفيت تحمل بار سازه را بهبود مي بخشد. توليد ساختار اصلي و تقويتي‌هاي سازه اي طي يك فرايند هم زمان، مشكلات ناشي از كيفيت پايين خواص در اتصالات ثانويه را تا حد زيادي مرتفع نموده و زمان توليد محصول را كاهش مي دهد.

اختراع راجع به ساخت كامپوزيت پليمري فوق العاده سبك و مقاوم در برابر ضربه علي الخصوص ضربات سرعت بالا از لايه هاي متعامد الياف پلي اتيلن ژل ريسي شده به همراه ماتريس استايرن - ايزوپرن - استايرن مي باشد. براي ساخت از يك روش نوين، آسان و مقرون به صرفه تحت نام زينتر كردن - فشردن تحت دماي بالا - فشار بالا استفاده شده است. در پروسه ساخت از هيچگونه مواد شيميايي مضر استفاده نشده است و هيچگونه شرايط نامناسب زيست محيطي ندارد و به سبب ترموپلاستيك بودن مواد اوليه، قابل بازيافت مي باشد. الياف پلي اتيلن ژل ريسي شده داراي آرايش يافتگي زياد (بيش از 95%) و كريستالينيتي بالا (بيش از 85%) مي باشد. در روش ساخت سعي بر آن بود تا خواص الياف كه از علل اصلي استحكام بالا، مدول بالاي الياف است حفظ شود و به طور مناسب به داخل كامپوزيت انتقال داده شود تا كامپوزيت حاصله از خواص بالايي برخوردار باشد. الياف پلي اتيلن ژل ريسي شده داراي قابليت جذب انرژي و داكتايلي بالا مي باشند و براي كاربردهايي كه جذب انرژي بالا نياز است و بايستي خواص دمپينگ بالايي داشته باشند بسيار مناسب مي باشند. اگرچه اين الياف در نرخ كرنش استاندارد، قدري ويسكوالاستيك مي باشند اما رفتار آنها در نرخ كرنش بالا به صورت الاستيك خطي مي باشد و با افزايش نرخ كرنش استحكام و مدول الياف افزايش مي يابد. نتايج آزمايش آناليز حرارتي تك لايه هاي الياف تك جهتي پلي اتيلن ژل ريسي شده خام و زينتر شده در دما و فشار بالا نشان داده است كه نقطه ذوب و درجه كريستالينيتي الياف تا دماي 135 درجه سانتي گراد افزايش و در دماهاي بالاتر و نزديك دماي ذوب الياف (146 درجه سانتي گراد) كريستالينيتي و نقطه ذوب كاهش مي يابد. در دماي 135 درجه سانتي گراد چون الياف و ماتريس ترموپلاست بوده و در دماي بالا نرم مي شوند براي ساخت كامپوزيت كه از دانسيته سطحي بيشتر استفاده مي شود مواد تمايل به فلو كردن و جريان يافتن تحت فشار دارند و ذوب شدن سطحي الياف بيشتر است. پس از بررسي كيفي و دستيابي به پارامترهاي اصلي فرآيند جهت بهينه سازي خواص ضربه اي كامپوزيت از طراحي آزمايشات تاگوچي با كمك از برنامه نرم افزاري DOE استفاده شده است و تأثير پارامترهاي فرآيندي دما، فشار، زمان زينتر كردن و دانسيته سطحي بر روي خواص ضربه اي پانل كامپوزيتي بررسي شد. و نتايج آزمايشات ضربه سرعت بالا نشان داد كه در فشار 3MPa و زينتر كردن كامپوزيت به مدت 30 دقيقه در دماي 125 درجه سانتي گراد بيشترين افزايش جذب انرژي و كمترين مقدار تروما را دارد.