اين اختراع شامل توليد پودر كاربيد تنگستن نانومتري با استفاده از جوانه زا مي باشد. در اكثر روش هاي توليد اين ماده، كاربيد توليد شده داراي ناخالصي هاي استكيومتري فراواني مي باشد كه باعث كاهش خواص نهايي ماده سنتز شده مي گردد. در اين روش با استفاده از جوانه زا كاربيد تنگستن به ميزان كافي و اعمال فرايند آلياژ سازي مكانيكي، امكان دستيابي به اين ماده در زمان هاي كوتاه ميسر خواهد شد. ضمن اينكه به دليل ريز شدن شديد ساختار (ابعاد نانو)، خواص مكانيكي و فيزيكي به شدت بهبود خواهد يافت. استفاده از اين تكنيك كه براي اولين بار در دنيا مطرح شده است، صرفه اقتصادي بالايي را نيز به همراه خواهد داشت.

ساخت كامپوزيت آلومينا-موليبدن به روش سينترينگ جرقه پلاسما

نياز بشر براي يافتن موادي كه داراي ويژگي هاي بهتري نسبت به مواد خالص و مركب موجود در صنايع باشند، دانشمندان را به سمت توليد موادي نوين سوق داده است. يكي از مهم ترين اين مواد كه امروزه بسيار مورد توجه محققين قرار گرفته است، كامپوزيت هاي گرادياني يا (FGM) Functionally Graded Materials هستند. FGMها ، مواد كامپوزيتي باريز ساختار ناهمگن مي باشند كه خواص آن ها به طور ملايم و پيوسته از يك سطح به سطح ديگر تغيير مي يابد، كه اين حالت ويژه به وسيله تغيير يكنواخت در نسبت حجمي مواد تشكيل دهنده آن ها بدست مي آيد با استفاده از اين تكنيك، سازگاري قابل قبول و منطقي در خواص مواد ايجاد مي شود كه توسط ديگر مواد مهندسي قابل دسترسي نيست. بنابراين انتظار مي رود كه اين دسته از مواد در مقايسه با مواد مركب و همچنين ساير مواد مهندسي از خواص مكانيكي موثرتري برخوردار باشند. ضمن اينكه به دليل ساختار لايه اي اين مواد، مشكلات شكست قطعات به دليل تنش هاي حرارتي ناشي از عدم تطابق فازهاي موجود در مواد مركب به حداقل رسيده و FGM ها كانديداهاي بسيار مطلوبي در كاربردهايي كه نياز به مقاومت در برابر حرارت، خوردگي و سايش وجود دارد، محسوب مي شوند. با توجه به ويژگي هاي اين مواد، صنايع هوايي ، فضايي، نيروگاهي، هسته اي، شيميايي و نفت و گاز مي توانند به صورت بالقوه مشتريان FGM ها باشند. در بين روشهاي توليد اين مواد ريخته گري گريز از مركز يك تكنيك خوب و ارزان در ساخت قطعات استوانه اي تو خالي مثل لوله مي باشد. لوله هاي توليدي به اين روش از جنس آلومينيوم و ذرات فاز تقويت كننده با ابعاد نانو متري از كاربيدهاي صنعتي مثل كاربيد تنگستن و كاربيد سيليسيم و يا كاربيد تيتانيوم است. ذرات سراميك كاربيدي در زمينه آلومينيوم به صورت گرادياني توزيع شده كه داراي سختي سطحي و مقاومت به سايش خوب كه مخصوص سراميك است بوده و مغز لوله از چقرمگي مناسب كه مخصوص فلزات است برخوردار است. استفاده از لوله هاي بدون درز گرادياني زمينه آلومينيوم كه سطح داخلي آن سخت شده باشد ، مي تواند به جاي لوله هاي بدون درز فولادي در خطوط انتقال سيالات استفاده شود. همچنين لوله هاي بدون درز گرادياني كه سطح خارجي آن سخت شده باشد، مي تواند در لوله هاي كوره هاي شعله مستقيم يا واتر وال بويلرها استفاده شود چون سطح خارجي لوله كه از ذرات سراميكي تشكيل شده است در برابر حرارت و شوكهاي حرارتي و اكسيداسيون مقاوم است.

كامپوزيتهاي زمينه فلزي، دسته اي از مواد هستند كه در آنها، مواد ديگري همچون سراميكها در زمينه فلزي قرار گرفتهاند. اين مواد داراي خواص مطلوب فلزي مانند چقرمگي توأم با خواص برجسته ي فاز دوم (سراميك) هستند. ايجاد ذرات سخت سراميكي نظير كاربيدها، نيتريدها و برايدها در زمينهاي از آلياژهاي آهن منجر به توليد كامپوزيتهاي زمينه فلزي با خواص سايشي بسيار بالا ميشود. در اين پژوهش ابتدا مخلوطي از مواد اوليه شامل فروتيتانيوم و كربن به وسيله آسيا سيارهاي به مدت 1 ساعت آسيا شده تا فعال گردند، در واقع هدف از آسيا كاري تنها فعالسازي مواد اوليه بوده و اين امر با مشاهده نتيجه آناليز پراش پرتو ايكس اثبات ميگردد. پودر فعالشده با فرآيند SPS و تحت شرايط دمايي مشخص سينتر شده و نتايج آناليز تفرق اشعه ايكس، سنتز به صورت درجا را اثبات ميكند. در حقيقت سنتز كامپوزيت Fe-TiC به صورت درجااتفاق افتاده است. كامپوزيت توليدشده در مقايسه با كامپوزيت WC-Co كه امروزه مورد استفاده است خواصي مطلوب تر داشته و مهمترين نكته قابل توجه هزينه كمتر توليد و مواد اوليه و صرفه اقتصادي است كه اين كامپوزيت ها دارا هستند.

امروزه ابزارهاي برش و ساينده كاربردهاي فراواني در صنعت پيدا كرده‌اند. كاربيد تنگستن/كبالت يكي از ابزارهاي مهم در صنعت ابزارهاي برش و ساينده مي‌باشد ولي كبالت فلزي به دليل سمي بودن، منابع كم، كاهش مقاومت به خوردگي و .. كاربرد اين كاربيد سمانته را اخيرا با محدوديت روبرو كرده است. در سالهاي اخير جايگزين¬هايي نظير Ni، Fe، TiC، ZrO2، MgO و... براي آن در نظر گرفته شده است. برخي از محققين تهيه ماده را بدون بايندر توصيه كرده اند. اما بايد توجه كرد كه بدون استفاده از بايندر فلزي ، دماي سينتر بالا (̊C 1700-1800) براي رسيدن به چگالي مناسب(%98-97 چگالي تئوري) حتي با استفاده از فرايندهاي نوين لازم است. در بين بايندرهاي سراميكي، آلومينا يك ماده ديرگداز با قيمت پايين ، سختي بالا، مقاومت به اكسيداسيون و خوردگي بالا است. از آنجايي كه دماي ذوب آلومينا پايين تر از ZrO2 و MgO است . لذا دماي سينتر آن پايين تر از سيستم WC-ZrO2 و WC-MgO خواهد بود. همچنين اين ماده ارزان تر از Co ، ZrO2 و MgO مي¬باشد.

در واقع هدف اين پژوهش ايجاد پوشش كامپوزيت فروتيك (FeTiC) از كنسانتره ايلمنيت (FeTiO3) و دوده به روش پاشش پلاسما است. اين كامپوزيت به روش‌هاي گوناگوني از قبيل سنتز خود احتراقي دماي بالا (SHS)، آلياژ مكانيكي، متالورژي پودر و... توليد شده است اما تا كنون فعاليتي جهت توليد اين كامپوزيت به كمك فرآيند پاشش پلاسما صورت نگرفته است. در حقيقت در اين پژوهش مخلوطي از مواد مواد اوليه به كمك آسيا سياره‌اي پر انرژي آسيا و فعال شده و اين پودر فعال‌شده جهت پاشش در فرآيند پاشش پلاسما مورد استفاده قرار مي‌گيرد. ابتكار صورت گرفته در اين فعاليت احياء ايلمنيت به كمك دوده در حين پاشش و سنتز يك كامپوزيت زمينه فلزي تقويت‌شده با ذرات كاربيد تيتانيم است. در واقع در اين پژوهش عمليات احياء ايلمنيت، سنتز كامپوزيت فروتيك و پوشش دهي روي زير لايه به صورت هم زمان انجام مي‌پذيرد و با توجه به ويژگي‌هاي منحصربه‌فرد اين كامپوزيت خواص سطحي زير لايه نظير سختي و مقاومت به سايش به طور قابل‌ملاحظه‌اي افزايش مي‌يابد.

در ساخت كاربيد تيتانيم نانو كريستال مراحل ذيل اجرا شد: 1- محاسبات مقادير مواد اوليه براساس واكنش هاي مورد انتظار محاسبات براساس واكنش زير انجام گرفت: Ti+C=TiC 2- توزين مواد اوليه مواد اوليه شامل Al,C,Ti با ترازوي آزمايشگاهي با دقت 0/001 گرم توزين شدند. ميزان آلومينيم مورد استفاده 10 درصد وزني اختيار گرديد. 3- شارژ مواد اوليه در آسيا مواد اوليه توزين شده بعد از مخلوط شدن دستي اوليه به همراه گلوله هاي فولادي در كاپ آسياب شارژ شدند. در اين قسمت تعداد و اندازه گلوله ها و مقدار پودر مهم مي باشد. 4- كنترل اتمسفر آسيا با گاز آرگون اتمسفر كاپ آسياب با استفاده از گاز آرگون پر شد تا از انجام واكنش هاي اكسيداسيون جلوگيري شود. براي درزبندي از رينگ هاي لاستيكي استفاده شد. 5- انجام عمليات آسيا به مدت زمان هاي مختلف به منظور حصول نتايج مورد نظر، به مدت زمان هاي مختلف عمل آسياب كردن صورت گرفت. 6- انجام آزمايشات XRD بر روي نمونه هاي سنتز شده ساختار داخلي نمونه هاي سنتز شده و همچنين اندازه دانه ها با اشعه X مورد بررسي قرار گرفتند تا از سنتز مواد مورد نظر اطمينان حاصل شود.

در ساخت كامپوزيت هيبريد نانو كريستال مراحل ذيل اجرا شد: 1- محاسبات مقادير مواد اوليه براساس واكنش هاي مورد انتظار محاسبات براساس واكنش زير انجام گرفت: FeTio3+4C=Fe+TiC+3CO 2- توزين مواد اوليه مواد اوليه شامل C,FeTiO3 با ترازوي آزمايشگاهي با دقت 0/001 گرم توزين شدند. ميزان آلومينيم مورد استفاده 10 درصد وزني اختيار گرديد. 3- شارژ مواد اوليه در آسيا مواد اوليه توزين شده بعد از مخلوط شدن دستي اوليه به همراه گلوله هاي فولادي در كاپ آسياب شارژ شدند. در اين قسمت تعداد و اندازه گلوله ها و مقدار پودر مهم مي باشد. 4- كنترل اتمسفر آسيا با گاز آرگون اتمسفر كاپ آسياب با استفاده از گاز آرگون پر شد تا از انجام واكنش هاي ناخواسته جلوگيري شود. براي درزبندي از رينگ هاي لاستيكي استفاده شد. 5- انجام عمليات آسيا به مدت زمان هاي مختلف به منظور حصول نتايج مورد نظر، به مدت زمان هاي مختلف عمل آسياب كردن صورت گرفت. 6- عمليات حرارتي به منظور تكميل واكنش ها و تشكيل كامپوزيت Fe/TiC-Al2O3 ، عمليات حرارتي در دماهاي مختلف بر روي نمونه ها در يك كوره تيوپي اتمسفر كنترل با گاز آرگون انجام گرفت. 7- انجام آرمايشات XRD بر روي نمونه هاي سنتز شده ساختار داخلي نمونه هاي سنتز شده و همچنين اندازه دانه با اشعه X مورد بررسي قرار گرفتند تا از سنتز مواد مورد نظر اطمينان حاصل شود.

1- محاسبات مقادير مواد اوليه براساس واكنش هاي مورد انتظار محاسبات براساس واكنش زير انجام گرفت: FeTiO3+4C=Fe+TiC+3CO 2- توزين مواد اوليه مواد اوليه شامل C,FeTiO3 با ترازوي آزمايشگاهي با دقت 0/001 گرم توزين شدند. 3- شارژ مواد اوليه در آسيا مواد اوليه توزين شده بعد از مخلو شدن دستي اوليه به همراه گلوله هاي فولادي در كاپ آسياب شارژ شدند. در اين قسمت تعداد و اندازه گلوله ها و مقدار پودر مهم مي باشد. 4- كنترل اتمسفر آسيا با گاز آرگون اتمسفر كاپ آسياب با استفاده از گاز آرگون پر شد تا از انجام واكنش هاي اكسيداسيون جلوگيري شود. براي درزبندي از رينگ هاي لاستيكي استفاده شد. 5- انجام عمليات آسيا به مدت زمان هاي مختلف به منظور حصول نتايج مورد نظر، به مدت زمان هاي مختلف عمل آسياب كردن صورت گرفت. 6- عمليات حرارتي به منظور تكميل واكنش ها و تشكيل كامپوزيت فروتيك، عمليات حرارتي در دماهاي مختلف بر روي نمونه ها در يك كوره تيوپي اتمسفر كنترل با گاز آرگون انجام گرفت. 7- انجام آزمايشات XRD بر روي نمونه هاي سنتز شده ساختار داخلي نمونه هاي سنتز شده و همچنين اندازه دانه ها با اشعه X مورد بررسي قرار گرفتند تا از سنتز مواد مورد نظر اطمينان حاصل شود.

در ساخت كاربيد تيتانيم نانو كريستال مراحل ذيل اجرا شد: 1- محاسبات مقادير مواد اوليه براساس واكنش هاي مورد انتظار محاسبات براساس واكنش زير انجام گرفت: Ti+C=TiC 2- توزين مواد اوليه مواد اوليه شامل C,Ti با ترازوي آزمايشگاهي با دقت 0/001 گرم توزين شدند. 3- شارژ مواد اوليه در آسيا مواد اوليه توزين شده بعد از مخلوط شدن دستي اوليه به همراه گلوله هاي فولادي در كاپ آسياب شارژ شدند. در اين قسمت تعداد و اندازه گلوله ها و مقدار پودر مهم مي باشد. 4- كنترل اتمسفر آسيا با گاز آرگون اتمسفر كاپ آسياب با استفاده از گاز آرگون پر شد تا از انجام واكنش هاي اكسيداسيون جلوگيري شود. براي درزبندي از رينگ هاي لاستيكي استفاده شد. 5- انجام عمليات آسيا به مدت زمان هاي مختلف به منظور حصول نتايج مورد نظر، به مدت زمان هاي مختلف عمل آسياب كردن صورت گرفت. 6- انجام آزمايشات XRD بر روي نمونه هاي سنتز شده ساختار داخلي نمونه هاي سنتز شده و همچنين اندازه دانه ها با اشعه X مورد بررسي قرار گرفتند تا از سنتز مواد مورد نظر اطمينان حاصل شود.