هدف از اين پژوهش و انتخاب مواد، جهت دستيابي به خواص تريبولوژيكي مطلوب در دماي بالا است. آلومينايد نيكل (Ni3Al) به عنوان تركيب بين فلزي خواص اكسيداسيون و سايش مطلوبي دارد. حضورMoS2، تأثير بسزايي در عملكرد تريبولوژيكي سطوح دارد و به عنوان جامد روانكار مي تواند باعث كاهش ضريب اصطكاك و بهبود رفتار سايشيNi3Al گردد. همچنين استفاده از روش پراكنشي در رسوب فيزيكي بخار كه يكي از روش هاي نوين پوشش دهي است، امكان دستيابي به پوششي نازك با خواص سايشي مطلوب را به ارمغان مي آورد. در نتيجه انتظار مي رود كه اين پوشش جهت كاركرد در شرايط خشك و دماي بالا، مقاومت سايشي خوبي را فراهم كرده و افزايش مدت كاركرد قطعات با استفاده از اين پوشش جهت بهره وري اقتصادي انتظار مي رود. با توجه به توسعه اين روش در كشور هاي اروپايي امكان ساخت انواع پوشش ها به راحتي با استفاده از اين روش جهت كاربردهاي مختلف امكان پذير است. به عنوان مثال با استفاده از يك دستگاه چند تارگته مي توان به راحتي يك پوشش كامپوزيتي كه شامل چند نوع تركيب است را برروي قطعات مورد نظر اعمال كرد. در اين طراحي، ساخت پوشش Ni3Al-MoS2 كه يك پوشش كامپوزيتي خودروانكار در دماي بالا است، با استفاده از يك تارگت كه شامل هر دو تركيب مي باشد، برروي زيرلايه ها اعمال شده است. روش هاي مختلفي براي ساخت و تهيه تارگت وجود دارد؛ اما با توجه به هزينه هاي بالا و محدوديت در ساخت و تهيه چنين تارگت هايي، عملاً براي ساخت انواع پوشش ها، روش پراكنش مگنتروني كمتر مورد استقبال قرار مي گيرد. در روش به كار گرفته شده يك صفحه مسي با ابعاد 120 ميليمتر وضخامت 4 ميليمتر تهيه شد و با توجه به تمركز پلاسما در ناحيه مركزي گودي هايي با قطر 30 ميليمتر و ضخامت 2 ميليمتر ايجاد شد. قرص هاي كامپوزيتي ساخته شده در اين گودي ها قرار داده شد و نهايتاً از يك فويل آلومينيومي جهت جلوگيري از نفوذ مس به داخل ساختار پوشش استفاده شد. زيرلايه هاي به كارگرفته شده پس از انجام عمليات حرارتي مطابق استاندارد مورد نظر جهت افزايش سختي، عمليات سطحي برروي آنها صورت گرفت. در نهايت عمليات پوشش دهي طبق شرايط ذكر شده انجام شد كه نتيجه آن ساخت پوشش كامپوزيتي خودروانكار Ni3Al-MoS2 بود. پوشش ايجاد شده از صافي سطح بالا، زبري سطح كم، سختي مناسب و چسبندگي مطلوبي با سطح زيرلايه برخوردار است. هزينه تهيه اين تارگت طي بررسي هاي انجام شده از يك شركت چيني، 5 ميليون تومان بوده و در اين روش به كار گرفته شده هزينه تمام شده براي ساخت تارگت يك ميليون تومان مي باشد كه مي توان به عنوان روشي ارزان و جديد جهت تهيه تارگت براي ساخت پوشش هاي كامپوزيتي استفاده كرد. همچنين اين پوشش خودروانكار دما بالاي طراحي شده براي بهبود كارايي قطعات صنعتي و سيستم هاي مكانيكي پيشرفته بكار گرفته شود. زيرا با حضور Ni3Al مقاومت به سايشي پوشش در دماي بالا افزايش يافته و حضور MoS2 بر خواص روانكاري پوشش مي افزايد. پوشش ايجاد شده در صنايع هوايي، فضايي و صنايع مختلف جهت بهبود خواص تريبولوژيكي قطعات مي تواند مورد استفاده قرار گيرد.

آلياژهاي آمورف پايه آهن به دليل داشتن خواصي نظير خواص مغناطيسي نرم مطلوب، استحكام بالا، سختي بسيار بالا و مقاومت به خوردگي مطلوب و از همه مهم‌تر قيمت كم، مورد توجه زيادي قرارگرفته اند. مهم‌ترين چالشي كه در خصوص آلياژهاي آمورف پايه آهن وجود دارد، قابليت تشكيل ساختار آمورف بسيار كم در آن ها است. اين چالش، در آلياژهاي پايه آهن مغناطيسي بيشتر هم خواهد بود، زيرا عناصري كه سبب افزايش قابليت تشكيل ساختار آمورف مي شوند، سبب افت رفتار مغناطيسي خواهند شد و بر عكس. يكي از مهم‌ترين سيستم‌هاي آلياژي پايه آهن، آلياژهاي آمورف آهن-كبالت هستند كه به دليل داشتن خواص مغناطيسي نرم برجسته نظير ميدان وادارندگي (Hc) خيلي كم و تراوايي مغناطيسي (µ) و مغناطش اشباع (Ms) زياد، كاربردهاي گسترده‌اي را در حوزه مغناطيس ازجمله هسته ترانسفورماتورها، حسگرهاي مغناطيسي و غيره پيدا كرده‌اند. روش هاي ساخت زيادي براي سنتز آلياژهاي آمورف وجود دارد كه مهترين و ارزان ترين اين روش ها، روش آلياژسازي مكانيكي است. آلياژهاي پايه آهن-كبالت به دليل تشكيل سريع محلول جامد Fe-α، قابليت تشكيل ساختار آمورف را از دست مي دهند و همين امر سبب مي شود كه دستيابي به ساختار آمورف در اين آلياژها بسيار مشكل باشد. در اين اختراع، با استفاده از ايده ي افزودن ترتيبي عناصر و مديريت فازهايي كه در فرايند آلياژسازي مكانيكي تشكيل مي شوند، دستيابي به ساختار آمورف با خواص مغناطيسي مناسب در آلياژ Fe28Co20Ti14Al14B12P5.6C4.8Si1.6 حاصل شده است به اين صورت كه ابتدا آلياژسازي مكانيكي مخلوط Fe50Ti25Al25 تا 10 ساعت صورت گرفت، سپس عناصر شبه فلزي B، P، Si و C اضافه شد و تا زمان 40 ساعت آلياژسازي مكانيكي ادامه يافت. سپس، مقدار 20 درصد اتمي عنصر كبالت اضافه شد و آلياژسازي مكانيكي 20 ساعت (در مجموع 60 ساعت) ادامه يافت. اين عمليات منجر به تشكيل ساختار آمورف شد. اين در حالي است كه بدون رعايت اين روند، ساختار آمورف حتي پس از 100 ساعت آلياژسازي مكانيكي بدست نيامد.

در اين اختراع پودر هاي كامپوزيتي هسته پوسته فلز-گرافيت تهيه شدند. پودرهاي فلز-گرافيت پودرهاي كامپوزيتي است كه در آن هر ذره پودر حاوي هسته گرافيتي است كه روي آن توسط يك لايه از فلز يا آلياژهاي فلزي پوشيده شده است. اين پودرها كاربرد¬هاي متعددي در صنايع بويژه صنايع پاشش¬حرارتي و متالورژي پودر دارد. در صنايع پاشش¬حرارتي اين پودرها توسط تفنگ پاشش برروي سطح قطعه مورد¬نظر پاشيده مي شود و پوشش يكنواخت برروي سطح ايجاد مي شود. پوشش¬ها عمدتا در توربين¬هاي گازي بر روي قطعات و محورهاي چرخان بعنوان پوشش Abradable اعمال مي¬شود. در¬حين كاربرد، پوشش ساييده شده و پودر حاصل نقش آب بندي قطعات را بعهده دارد. در صنايع متالورژي پودر اين ماده بعنوان پودر خود روغنكار مطرح است. در اينجا گرافيت بعنوان روانكار جامد كه دماي عملياتي بالايي دارد عمل مي-كند و براي كاهش اصطكاك بين قطعاتي كه روغنكاري متناوب و دوره¬اي آنها با روغن¬هاي مايع مشكل و غيرممكن است كاربرد دارد. در اين اختراع روش توليد پودرهاي فلز-گرافيت روش الكترولس است. با توجه به توسعه روز¬افزون صنايع نيروگاهي در كشور و گسترش كارگاه¬هاي خدمات پاشش حرارتي و صنايع متالورژي پودر، توليد اين پودر با روشي آسان و كم¬هزينه ضروري است كه اين اختراع اين موضوع را بخوبي پوشش مي¬هد.

خلاصه: توليد نانو كامپوزيت O3 A12-Fe3 A1 در اين اختراع با استفاده از مواد اوليه ارزان قيمت و در دسترس همانند هماتيت و آلومينيوم و آهن و با به كارگيري آسياب پر انرژي نانو كامپوزيت O3 A12-Fe3 A1 در طي فرايند آليا سازي مكانيكي تهيه شده است. در اين تركيب علاوه بر توزيع يكنواخت فازهاي مختلف در ساختار ميكروسكوپي امكان ايجاد تركيبات نانو ساختار وجود دارد. نتايج آزمون هاي مكانيكي نشان دهنده خواص بهبود يافته اي از اين نانو كامپوزيت نسبت به نمونه هاي كامپوزيتي متداول داشته است. تركيب نانو كامپوزيتي 3Vo1./.A12 O 30-Fe3 A1 براي اولين بار در ايران و خارج از كشور با استفاده از فرايند مكانو شيميايي انجام شده است.

خلاصه: نانو كامپوزيت AI2 o3-Fe در اين اختراع با استفاده از مواد اوليه ارزان قيمت و در دسترس هماتيت و آلومينيوم و با به كارگيري آسياب پرانرژي نانو كامپوزيت AI2 o3-Fe در طي فرايند آلياسازي مكانيكي تهيه شده است. دراين فرايند علاوه بر ايجاد كامپوزيت AI2 o3-Fe با استفاده از عناصر اوليه سازنده اش، هماتيت و آلومينيوم، امكان ايجاد تركيب كامپوزيتي با ساختار نانو وجود خواهد داشت. حضور فاز آهن در آلومينا موجب افزايش چقرمگي آن شده و استحكام اين ماده سراميكي را به شدت افزايش مي دهد.

در اين پژوهش براي اولين بار از ذرات تقويت كننده كامپوزيتي هيبريدي براي توليد نانو كامپوزيت زمينه آلومينيومي استفاده گرديد. بدين منظور از ذرات سراميكي AL2O3-ALB12 جهت توليد كامپوزيت زمينه آلومينيومي نانو ساختار از طريق فرايند آسياب كاري مكانيكي استفاده شد. اين ذرات سراميكي علاوه بر سختي بسيار بيشتر در مقايسه با آلوميناي خالص و يا بورايد آلومينيوم داراي پايداري حرارتي بسيار بالا و اندازه بسيار ريز مي باشند. اين عامل سبب سختي، استحكام و مقاومت سايشي بالاي كامپوزيت حاصل شده به طوريكه كامپوزيت زمينه آلومينيومي ساخته شده داراي پتانسيل بالايي جهت استفاده در صنايع خودروسازي و هوافضا خواهد بود. همچنين وجود بورايد آلومينيوم در كنار آلومينا به عنوان تقويت كننده زمينه آلومينيوم به دليل خاصيت حذف نوترون امكان استفاده از كامپوزيت حاصل را در كاربردهاي هسته اي فراهم مي آورد.

خواص استثنايي كاربيد بور B4C نظير سختي بالا ديرگدازي بالا ، دانسيته پايين و نسبت استحكام به وزن بالا اين ماده را براي كاربردهاي گوناگون در صنايع مختلف از جمله اجزاي مقاوم پوششي، صنعت ديرگداز، ابزار برشي، صنايع نظامي، صنايع هسته اي، سپر و حفاظ هاي راديوئي، فاز تقويت كننده در انواع كامپوزيت هاي زمينه فلزي، پليمري و سراميكي ، سوخت هاي جامد، كاربردهاي ترموالكتريكي و شيميايي، تجهيزات ورزشي و غيره مطلوب كرده است. با توجه به نياز فزاينده كشور در عرصه فعاليت هاي نظامي و دفاعي و همچنين هسته اي و با در نظر گرفتن اين نكته كه واردات نانو ذرات كاربيد بور به كشور با محدوديت هاي زيادي مواجه است، در اين پژوهش سعي شده است تا يك راهكار عملي و در عين حال اقتصادي براي توليد اين نانو ذرات استراتژيك ارائه گردد. بدين منظور چندين سيستم واكنشي جهت توليد نانو ذرات كاربيدبور موردبررسي قرار گرفت تا در نهايت يك راهكار بهينه جهت توليد اين ماده تدوين گرديد. در اين پژوهش با استفاده از احيا منيزيوترميك اكسيد بور در حضورگرافيت و عمليات ليچينگ نانو ذرات كاربيد بور باندازه 10 تا 80 نانومتر و با خلوص بالا به دست آمد.

آلومينا كاربرد گسترده اي در زمينه مواد پيشرفته از جمله ساخت ابزار برشي و قالب هاي شكل دهي دارد. اما مهمترين محدوديت در كاربرد آلومينا در صنعت تردي و پايين بودن چقرمگي آن مي باشد. در اين اختراع سعي شد براي حل مشكل مذكور و همچنين افزايش استحكام و مقاومت سايشي، براي اولين بار نانو كامپوزيت زمينه آلومينايي تقويت شده با ذرات بورايد تيتانيوم Al2o3-TiB2 با استفاده از فرايند مكانو شيميايي توليد گردد. براي توليد نانو كامپوزيت مذكور از مواد اوليه شامل 37/56 درصد وزني آلومينيوم Al و 33/39 درصد وزني اكسيد تيتانيوم Tio2 و 29/05 درصد وزني اكسيد بور B2O3 استفاده شد. مخلوط مواد اوليه فوق پس از توزين دقيق تحت عمليات آسياب كاري قرار گرفتند. فرايند آسياب كاري در يك دستگاه آسياب گلوله اي سياره اي تحت اتمسفر گاز آرگون ودر دماي محيط انجام شد. پس از 60 ساعت آسياب كاري واكنش شيميايي بين مواد اوليه رخ داد و نانو كامپوزيت زمينه آلومينايي تقويت شده با بورايد تيتانيوم Al2O3-TiB2 مطابق واكنش10Al+3Tio2+3B2O3=5Al2o3+3TiB2 تشكيل شد. كامپوزيت توليدي داراي پتانسيل بالايي جهت استفاده در ساخت ابزارهاي برشي و پوشش هاي مقاوم در برابر سايش مي باشد.

آلومينا Al2O3 يك ماده سراميكي شناخته شده با خواصي مانند نقطه ذوب بالا، سختي بالا و پايداري شيميايي و حرارتي مناسب مي باشد كه مجموعه اين خواص موجب كاربرد گسترده اين ماده در صنعت شده است. از جمله كاربردهاي آلومينا مي توان به استفاده در ابزارهاي برشي و مقاوم در برابر سايش و مواد دير گداز اشاره نمود. اما آنچه كه موجب محدود شدن استفاده از اين ماده در كاربردهاي صنعتي مي گردد مقاومت پايين اين ماده در برابر شوك هاي حرارتي، تردي نسبتا بالا و قابليت سينترينگ پايين آن مي باشد. يكي از راه هاي بسيار موثر جهت رفع اين نقيصه ها افزودن ذرات تقويت كننده سراميكي به زمينه آلومينايي و در واقع كامپوزيتي كردن اين ماده مي باشد. در اين پژوهش سعي شد براي اولين بار نانو كامپوزيت زمينه آلومينايي تقويت شده با ذرات كاربيد تيتانيوم Al2o3-Tic با استفاده از فرايند مكانو شيميايي توليد گردد. همچنين جهت توليد اين كامپوزيت از مواد اوليه ارزان استفاده شد كه اين موضوع منجر به ارزش افزوده بسيار بالا براي محصول نهايي خواهد بود.