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.

اين اختراع در راستاي افزايش طول عمر المنت هاي حرارتي سيليسيوم كاربايد (SiC) در حوزه متالورژي مي باشد. ميله‌هاي سيليكون كاربايد نوعي از المنت‌هاي سراميكي هستند كه بدليل خواصي ازجمله هدايت حرارتي‌، استحكام مناسب در دماي بالا‌، طول عمر بالا و نصب آسان به طور گسترده دركوره‌هاي مقاومتي استفاده مي‌شوند‌‌. بدليل اكسيداسيون در دماهاي بالا در محل اتصال دانه‌هاي SiC، پل‌هاي سيليكا (SiO2) تشكيل شده كه اين امر موجب افزايش مقاومت الكتريكي المنت‌هاي حرارتي و كاهش بازدهي و طول عمرآن ها مي شود. دراين كار پوششي باتركيب SiO2-MoSi2 جهت پوشش‌دهي مورد استفاده قرار گرفت. SiO2 به عنوان محافظ عمل مي‌كند و MoSi2 هم بدليل پايداري دردماهاي بالا از جدايش بين ذرات SiC جلوگيري مي‌نمايد‌. جهت اعمال پوششي يكنواخت، با ضخامت كم و قابل كنترل از روش افشانش استفاده شد‌. اين پوشش موجب ثابت ماندن مقاومت الكتريكي المنت ها درطي اعمال سيكل هاي حرارتي مختلف مي شود. اين نتيجه نشان مي‌دهد لايه كامپوزيتي SiO2-MoSi2 به عنوان محافظي مناسب دربرابر اكسيداسيون دردماي بالا براي المنت هاي حرارتي SiC عمل كرده است‌.

خوردگي سايشي از بين رفتن فزاينده يك فلز يا آلياژ در اثر حركت نسبي بين يك مايع خورنده حاوي ذرات ساينده و سطح فلز است . اين حركت خيلي سريع اتفاق مي افتد و يونهاي فاز حل شده روي سطح فلز در اثر حركت روي سطح باقي نمي مانند و محصولات جامد حاصل از خوردگي از سطح فلز به طريق مكانيكي كند مي شوند در سالهاي اخير خوردگي رفتگي در زمره پنج نوع مشهور از خسارات در صنعت پيتروشيمي و نفت شناخته شده است. شبيه سازي شرايط خوردگي رفتگي يكي از مهم ترين مقدمات جهت آزمايش نمونه هايي است كه در معرض اينگونه محيط ها قرار دارند. دستگاه آزمايش خوردگي - رفتگي با قابليتهايي چون امكان اتصال به دستگاه پتانسيواستات و قابليت پاشش دوغاب در سرعت ها و زواياي مختلف براي اولين بار در كشور با موفقيت در دانشگاه صنعتي مالك اشتر اصفهان طراحي و ساخته شد.

فولاد زنگ نزن مارتنزيتي AISI420 در مواردي كه به طور همزمان خواص مكانيكي بالا و مقاومت به خوردگي مطلوب نياز باشد از جمله در محيط هايي كه خوردگي و رفتگي به طور همزمان وجود دارند مورد استفاده قرار مي گيرند. به دليل قابليت عمليات حرارتي اين فولاد در دماي 980C و 1015 و 1050 به مدت 30 و 60 و 120 دقيقه آستنيته و سپس در روغن 30C الي 35 كوئينچ شدند. سپس كليه نمونه ها در دماي 200C براي مدت 1 و 2 ساعت بازپخت شدند. به منظور تعيين محدوده سختي ثانويه و تاثير دماي باز پخت برخوردگي - رفتگي نمونه هاي آستنيته شده در دماي 1050C و مدت 60 دقيقه در دماهاي 400C و 500 و 600 و 700 بازپخت شدند دماي كوئينچ در تمامي مراحل پس از باز پخت 30C الي35 در نظر گرفته شد. تست خوردگي - رفتگي در محلول 3/5٪ NaCl و 10٪ ذرات كوارتز بر روي نمونه هاي منتخيب علميات حرارتي شده و نمونه ريختگي انجام گرفت. سرعت پاشش زاويه برخورد فاصله نازل تا سطح نمونه و دما در طول آزمايش ثابت در نظر گرفته شد. نمونه آستنيته شده در دماي 1050c در مدت زمان 60 دقيقه و بازپخت شده در دماي 200c به مدت 120 دقيقه بهينه ترين خواص مكانيكي و خوردگي را دارا مي باشد.

در اين تحقيق نانو كامپوزيت Al/Al2O3-TiB2/Fe با استفاده از فرايند آلياژسازي مكانيكي و اكستروژن گرم توليد شد. در ابتدا پودرهاي تقويت كننده Al2O3-TiB2/Fe در مقادير مختلف 25/1، 5/2 و 5 درصد حجمي (Al2O3-TiB2) به پودر آلومينيم اضاه شد و عمليات آسياب كاري به مدت 10 ساعت صورت گرفت. جامد سازي نمونه هاي كامپوزيتي با استفاده از عمليات پرس سرد صورت گرفت و سپس عمليات اكستروژن گرم در دماي 500 درجه سانتي گراد با نسبت 6:1 و سرعت 5 ميلي متر بر ثانيه انجام شد. همچنين مشخصه يابي فازي و مورفولوژي محصولات آسياب كاري و اكسترود شده با استفاده از آناليزهاي پراش پرتوي ايكس (XRD) و ميكروسكپ الكتروني روبشي (SEM) انجام شد. نتايج نشان داد نمونه هاي اكسترود شده از انعطاف پذيري و خواص مكانيكي قابل ملاحظه اي برخودار بودند. همچنين بيشترين استحكام براي نمونه حاوي 5/2 و 5 درصد حجمي فازهاي تقويت كننده به ترتيب در حدود 500 و 560 مگاپاسكال اندازه گيري شد.

هدف از انجام اين پژوهش، توليد و مشخصه¬يابي نانو كامپوزيت پايه سراميكي Al2O3-TiB2/Fe توسط فرآيند آسياب¬كاري و عمليات حرارتي مي¬باشد. در اين راستا مواد اوليه شامل فروتيتانيوم (0.2Fe-0.8Ti)، اكسيد بور و آلومينيم به مدت زمان 20 ساعت تحت عمليات آسياب¬كاري مكانيكي و سپس بمدت يك ساعت در دماي 700 درجه¬ي سانتيگراد عمليات حرارتي شدند. تغييرات ساختاري نمونه¬هاي حاصل توسط XRD و آناليز حرارتي مورد بررسي واقع گرديد. نتايج حاصل حاكي از آن بود كه نانو كامپوزيت Al2O3-TiB2/Fe با انجام عمليات حرارتي نمونه¬هاي 20 ساعت آسياب¬كاري شده قابل توليد بوده و اندازه¬ي دانه¬هاي كريستالي فازهاي Al2O3، TiB2 و Fe به ترتيب برابر 50، 50 و 60 نانومتر مي¬باشد.