ريزدانه كردن وافزايش استحكام آلياژAZ91 منيزيم بااستفاده ازنانو ذرات زيركونيا در اين طرح براي ريز دانه كردن و افزايش استحكام و داكتيليتي آليآژ AZ91 منيزيم ، از نانو ذرات زير كونيا و تحت فرايند هم زدن اغتشاشي گرديده است. پودر هاي مورد نظر، توسط فرآيند ريخته گري ، در دماي 650 درجه سانيت گراد ، به مدت 3 دقيقه و تحت همزين سه پر و با سرعت دروني 500 rpm در يك قالب فولادي با مذاب مخلوط شده ( شكل 1) و سپس اين مجموعه ها در دماي 615 درجه سانتي گراد در قالب ماسه CO2 قالب گيري شدند. براي مقايسه نتايج استفاده گرديد. روش ساده ريخته گري به كار گرفته شده براي توزيع يكنواخت نانو ذرات زير كونيا بسيار مناسب بوده است . با اضافه شدن 5% وزني نانو ذرات زير كونيا ، نتايج پارامتر هاي سختي ، استحكام كششي ، دانسيته ، حراكثر استحكام فشاري ، داكتيليتي ، اندازه دانه و اصلاح ريز ساختار ، نسبت به نمونه بدون تقويت كننده به طور چشم گيري بهوبد پيدا كردند.

در اين روش مذابي با دماي فوق ذوب جزيي تهيه شده و سپس اين مذاب از طريق يك سطح شيب دار خنك كننده به سمت قالب روانه مي¬شود. در اثر اين امر، جوانه هاي جامدي تشكيل شده و اين جوانه هاي رشد يافته بر اثر برش ناشي از حركت بر روي سطح شيب دار، تكه تكه شده و به حالت غيردندريتي در مي آيند. محدوديت اصلي اين روش عدم امكان توليد دوغاب در نرخ هاي ريخته گري پايين به دليل طول عمدتا بلند (بالاتر از 1 متر) و فوق ذوب پايين ذوب مورد استفاده و عدم يكنواختي حرارتي در ابتدا و انتهاي سطح شيب دار خنك كننده مي باشد. در جهت رفع اين عيوب، در روش ابداعي مذكور، منبع ذوب مناسب با طراحي يك بوته، توپي و نگهدارنده جهت ايجاد نرخ ذوب پايين ايجاد شده و سپس با تغيير در نحوه خنك شدن زيرلايه شيب دار اجازه كوتاه كردن طول ودر نتيجه ايجاد قابليت حمل و نقل اضافه شد.

در اين دستگاه مذاب با دماي فوق ذوب جزئي توسط يك بوته كف ريز با طراحي خاص به روي يك سطح شيب¬دار خنك كننده مينياتوري جريان يافته و پس از تبديل به دوغاب نيمه جامد با فلوي بسيار پايين به درون درز جوش جريان مي¬يابد. پس از اين مرحله پين جوشكاري اصطكاكي-اغتشاشي وارد ناحيه اتصال شده و سبب اتصال نهايي مي¬گردد. مهمترين مزاياي اين دستگاه و روش كه تحت عنوان "جوشكاري هيبريدي نيمه جامد/اصطكاكي-اغتشاشي" ابداع گشته است را مي¬توان در كاهش ميزان تخلخل¬هاي گازي و انقباضي، كاهش واكنش¬هاي بين منطقه جوش و محيط، كاهش حرارت ورودي به قطعه كار، كاهش ميزان جدايش، بهبود ريزساختار ناحيه جوش و افزايش سرعت جوشكاري برشمرد. همچنين افزايش بي نظير خواص خوردگي ناحيه جوش به علت هم تركيب بودن با قطعات اتصال نسبت به ديگر روش¬هاي جوشكاري، امكان جوشكاري قطعات با نقطه ذوب بالا مانند فولادها يا قطعات با هدايت حرارتي بالا نظير مس و ... از ديگر مزيت¬هاي اين روش هستند.

در اين دستگاه مذاب با دماي فوق ذوب جزئي توسط طراحي مناسب يك بوته، نگهدارنده و توپي جهت دستيابي به نرخ هاي ريخته گري بسيار پايين تهيه مي گردد. در اثر اين امر مي توان معايب ريخته گري با استفاده از بوته هاي سر ريز را كاهش داد يا حتي از بين برد. مهمترين عيوب روش ريخته گري بوسيله بوته سرريز را مي توان در ايجاد تلاطم بيشتر در طول ريخته گري، اكسيداسيون بيشتر مذاب، عدم امكان كنترل نرخ ريخته گري، كاهش ايمني ناشي از حركت دوراني بوته حامل مذاب با دماي بالا و اختلاط هرچه بيشتر مذاب و سرباره دانست. در جهت رفع اين عيوب، در بوته ابداعي مذكور، منبع ذوب مناسب با طراحي يك بوته، توپي و نگهدارنده جهت ايجاد نرخ ذوب پايين ايجاد شد. كاهش تلاطم ناشي از خروج آرام مذاب به كمك نيروي جاذبه، كاهش اكسيداسيون از طريق كاهش تماس مذاب و اتمسفر محيط و ايجاد امكان افزودن محفظه گاز محافظ در طول ريخته گري جهت ريخته گري آلياژهاي حساس به اكسيداسيون شديد، امكان كنترل و تغيير نرخ ريخته¬گري به كمك تغيير قطر داخلي توپي، افزايش ايمني ناشي از خروج مذاب از كف بوته و كاهش دخالت نيروي انساني در تخليه مذاب و عدم اختلاط مذاب و سرباره مهمترين موارد مدنظر در ساخت اين بوته هستند.

به منظور ساخت قطعات نيمه¬جامد فلزي، نياز به دوغابي با ساختار غير دندريتي مي¬باشد. اين كار معمولا با اعمال تنش برشي به مذاب در حال انجماد، يا افزايش نرخ جوانه¬زني در حين انجماد، انجام مي¬شود. همه روش¬هاي ارائه شده تاكنون، از عمليات دو مرحله¬اي استفاده مي¬كنند، به گونه¬اي كه ابتدا دوغاب در خارج قالب تهيه شده و سپس به درون قالب وارد مي¬گردد. در ضمن دوغاب¬هاي نيمه¬جامد ايجاد شده، داراي ويسكوزيته بالاتري نسبت به مذاب هستند و از اين رو، در همه روش¬هاي معمول نياز به اعمال فشارهاي بالا جهت اطمينان از پرشدن قالب مي¬باشد. اين مسئله، استفاده از روش¬هاي ريخته¬گري نيمه¬جامد را به قطعات با تيراژ بالا كه در قالب¬هاي فلزي گران قيمت ريخته¬گري مي¬شوند، محدود ساخته است. . طرح حاضر شامل طراحي و ساخت قطعاتي با ساختار غيردندريتي كه به صورت تك مرحله اي از حالت كاملا مذاب با استفاده از روش ريخته گري گريز از مركز توليد شدند، مي¬باشد. به اين منظور يك قالب ريخته‌گري ويژه ماسه¬اي به همراه سه نوع سيستم راهگاهي متفاوت طراحي شدند. آزمايشات در دماي 700 درجه سانتي گراد براي هرسه سيستم راهگاهي طراحي شده در دو حالت ريخته گري ثقلي و گريز از مركز انجام شد. بعد از بررسي ريزساختارهاي اوليه براي هر شش حالت، ريخته¬گري در حالت گريز از مركز با سرعت چرخش قالب 200 دور در دقيقه براي سيستم راهگاهي نوع سوم و در دماهاي پائين تر(650، 630، 625 و 620 درجه سانتي¬گراد) انجام شد. با بررسي هاي صورت گرفته برروي ريزساختارهاي نهايي قطعات، مشاهده مي¬شود كه با استفاده از سيستم راهگاهي نوع سه، كاهش دماي فوق گداز و استفاده از نيروي گريز از مركز، دستيابي به ساختار غيردندريتي در يك مرحله امكان پذير شد. روش حاضر به منظور توليد قطعاتي با ساختار غيردندريتي نسبت به روش هاي معمول توليد اين قطعات در موارد زير برتري دارد:\\\\ 1-\\\\\\\\tبرخلاف روش هاي معمول توليد قطعات نيمه جامد فلزي كه فرآيند شامل دو مرحله است(مرحله اول توليد دوغاب نيمه جامد و مرحله دوم فرآيند شكل دادن دوغاب نيمه جامد)، در اين روش توليد قطعات با ريزساختار غيردندريتي، يك مرحله اي و از حالت كاملا مذاب مي¬باشد، كه اين امر باعث كاهش زمان و همچنين كاهش هزينه‌هاي توليد قطعات مي‌شود. \\\\ 2-\\\\\\\\tبه دليل ويسكوزيته بالاي دوغاب هاي نيمه جامد فلزي، در همه روش¬هاي معمول نياز به اعمال فشارهاي بالا جهت اطمينان از پرشدن قالب مي¬باشد كه هزينه ساخت قالب در اين روش ها گران قيمت مي¬باشد. در روش حاضر به منظور اعمال فشار از نيروي گريز از مركز استفاده گرديد، همچنين ريخته گري در قالب ماسه اي صورت گرفت(هزينه ساخت قالب ماسه اي به مراتب بسيار پايين تر از قالب هاي فلزي مي¬باشد).\\\\

در اين اختراع فولادي كم كربن حاوي مس، آلومينيوم و منگنز طراحي و ساخته شد كه در طراحي آن سيليسيم كه عنصر معمول فولادهاي كم كربن و مستحكم موجود است با آلومينيوم جايگزين شده است تا وزن فولاد كاهش يابد. پس از ساخت فولاد از عناصر آلياژي خالص در كوره القايي تحت اتمسفر آرگون، با انجام عمليات نورد گرم، فولاد به صورت ورق نازك 1 ميليمتري توليد شد. سپس عمليات همگن سازي روي آن انجام گرفت و در نهايت توسط يك سيكل ساده عمليات حرارتي شامل آستنيته كردن ناقص و بازپخت بعدي به مدت 1 ساعت، فولادي دو فازي حاصل شد كه ضمن دارا بودن استحكام كششي MPa 870 انعطاف پذيري بسيار خوبي در حدود 20 درصد را از خود نشان داد. سيكل ساده عمليات حرارتي اين فولاد، سهولت توليد آن را نشان مي دهد. اين ويژگي به همراه خواص مكانيكي قابل توجه حاصل شده در اين فولاد، پتانسيل قابل توجه آن را براي استفاده در صنعت آشكار مي‌سازد. شايان ذكر است كه خواص مكانيكي فولاد مذكور قابل مقايسه و بعضا برتر از فولادهاي دو فازي كم كربن فوق مستحكم مورد استفاده در صنايع خودرو سازي امروزي است. فولاد مذكور كه با تركيب شيميايي جديد طراحي و توليد شده و با اعمال يك سيكل ساده عمليات حرارتي ساخته شده است، از نظر محصول نهايي و فرايند توليد كاملا با فولادهاي دو فازي موجود متفاوت است و راه گشاي مسير جديدي براي توليد فولادهاي دو فازي محسوب مي‌شود.

اندازه گيري دقيق دما بخشي ضروري از بسياري از فرايندها و تجهيزات صنعتي و ازمايشگاهي مي باشد و عدم دقت كافي در اين امر مي تواند موجب بروز مشكلات بعضا جبران ناپذير براي تجهيزات، محصولات و حتي نيروي انساني گردد. پركاربردترين ابزار اندازه گيري دما ترموكوپل است كه در انواع مختلفي ارائه مي گردد. از دلايل كاربرد زياد ترموكوپل ها مي توان به دقت و تكرارپذيري مناسب و محدوده كاري وسيع آنها اشاره كرد. البته براي تبديل ولتاژ خروجي از هر ترموكوپل به دما نياز به يك ترمومتر و ترجيحا يك سيستم ثبت داده ها مي باشد. اين سيستم ها عموما توسط يك كابل مستقيما به ترموكوپل متصل شده و داده هاي خروجي ترموكوپل را دريافت مي كنند. نياز به استفاده از كابل اتصال بين ترموكوپل و سيستم ثبت داده ها، استفاده از آنها بر روي تجهيزات متحرك و به خصوص دوار را مشكل و حتي غير ممكن مي سازد. به همين منظور سيستم اندازه گيري و ثبت دمايي طراحي گرديد تا با قرارگيري بر روي تجهيزات متحرك و دوار(از جمله اين تجهيزات، سيستم هاي ريخته گري گريز از مركز مي باشد)، بدون نياز به اتصال مستقيم به ترموكوپل، داده هاي دمايي را ثبت و براي استفاده بعدي ذخيره نمايد. در ادامه به منظور تست دستگاه، آزمايشاتي به منظور اندازه گيري و ثبت دما در دو حالت ريخته گري ساكن و ريخته گري گريز از مركز صورت گرفت.

در اين اختراع نانو ذرات آمورف سيليكا با اندازه ذرات بين 10 تا50 نانومتر ساخته شد. نانوذرات سيليكا به دليل مساحت ويژه بالا و گروه هاي فعال سطحي زياد به طور عمده در صنايعي نظير رنگ، لاستيك، داروسازي و بتن مورد استفاده قرار مي گيرد. اين نوع ذرات اغلب از روش هاي شيمي تر چون رسوب گذاري و سل ژل توليد مي شوند. نياز به استفاده از انواع مواد شيميايي خطرناك (اسيد و بازها) ، احتياج به فراوري مواد در دماهاي مختلف در كوره و مراقبت هاي لازم در استفاده و دفع مواد اوليه باعث افزايش هزينه و زمان توليد اين ذرات شده است. در اين اختراع، نانوذرات سيليكا با يك روش سريع و كم هزينه با پيروليز و سوختن يك ماده پليمري ارزان قيمت و بي خطر (سيليكون اچ تي وي) در هوا ساخته شد. به اين منظور، مقدار لازم از ماده پليمري وزن شده و در داخل يك كوره تيوبي تحت اتمسفر هوا به ارامي تا دماي ℃700 گرم و يك ساعت در اين دما نگه داشته شد. در اين دما عمل پيروليز و سوختن ماده پليمري صورت گرفته و عناصر اضافي به صورت گاز خارج شد. محصول واكنش به وسيله ميكروسكوپ الكتروني روبشي گسيل ميداني (FESEM)، ميكروسكوپ الكتروني عبوري (TEM)، پراش پرتو ايكس (XRD) و طيف سنجي مادون قرمز تبديل فوريه (FTIR) مورد بررسي قرار گرفت. نتايج حاكي از اين بود كه ماده حاصل نانوذرات سيليكا با ساختار غير كريستالي و با اندازه ذرات بين 10 تا50 نانومتر است. بر خلاف روش هاي متداول قبلي، در اين روش كل فرايند توليد در يك مرحله، با استفاده از فقط يك ماده اوليه بي خطر و در مدت زمان يك ساعت بدون نياز به آماده سازي قبلي و با هزينه اي بسيار كم انجام مي شود. صرفه جويي زماني توليد نانو ذرات سيليكا به روش ابداع شده در اين اختراع حدود 20 ساعت و بالاي 85 درصد تخمين زده مي شود. همچنين با توجه به سهولت روش، امكان توليد در حجم بالاي اين ماده وجود دارد.

دستگاه اندازه گيري زاويه تماس و زاويه لغزش به روش قطره چسبان روشي متداول براي بررسي خصوصيات سطحي مي باشد كه اندازه گيري زاويه ترشوندگي و آبگريزي سطح را مي توان بررسي نمود. دستگاه اندازه گيري زاويه تماس(گانيومتر) روشي عمده براي اندازه گيري زاويه تماس است اما مشكل عمده گران بودن نمونه خارجي آن و عدم توانايي اندازه گيري زاويه تماس توسط دستگاه تنشيومتر(دستگاهي با كاربرد مشابه براي الياف ها و پليمرها) براي نمونه هاي فلزي است. در دستگاه ساخته شده سعي شده با سيستمي نسبتا ساده و قيمت تمام شده بسيار كمتر از نمونه خارجي ساخته و مورد آزمايش قرار گيرد. اين دستگاه با كنترل سرعت اندازه گيري در كج شدن صفحه اندازه گيري زاويه لغزش مي تواند دقت بالايي در گزارش اين مورد بيان كند.

ساختار متداول انجمادي در روش هاي معمول ريخته گري به صورت دندريتي مي باشد. روش هاي ريخته گري نيمه جامد به منظور غلبه بر معايب ساختارهاي دندريتي توسعه داده شده اند. يك وجه مشترك همه روش هاي شناخته شده نيمه جامد اين است كه در تمامي آنها فرايند در طي دو مرحله انجام مي پذيرد. به اين صورت كه ابتدا در خارج قالب يك دوغاب نيمه جامد با اعمال تنش برشي يا ايجاد جوانه زني شديد در مذاب ايجاد مي شود و سپس اين دوغاب در يك قالب فلزي تحت فشار بالا، ريخته گري و يا شكل داده مي شود. با وجود مزيت هاي شناخته شده در روش ريخته گري نيمه جامد، وجود مشكلاتي از قبيل هزينه زياد تجهيزات مورد نياز و گراني قالب ها، عدم امكان توليد تك قطعه اي و يا با تيراژ پايين و مشكلات ريخته گري نيمه جامد آلياژهاي با نقطه ذوب بالا محدوديت هايي را براي كاربرد آنها به وجود آورده است. هدف از اختراع حاضر رفع اين محدوديت ها به منظور ريخته گري نيمه جامد تك مرحله اي چدن خاكستري در قالب ماسه اي است. دستگاه اختراع شده شامل يك جفت درجه فولادي ، يك قالب به شكل مورد نظر با سطح جدايش عمودي و يك مبرد فلزي مركزي دو جنسي (فولاد و مس) است كه بر روي يك سيستم گريز از مركز ظاهري دور متغير نصب مي شود. روش كار به اين صورت است كه چدن خاكستري در داخل كوره ذوب و به فوق¬گداز مناسب رسانده مي شود. سپس مذاب با كنترل دمايي به آرامي درون راهگاه باريز ريخته شده، پس از تماس با مبرد مركزي، تحت نيروي گريز از مركز و با فشار از يك مجراي باريك بين مبرد و ديواره قالب عبور كرده، قالب را پر مي كند. بعد از سرد شدن قطعه، قالب از دستگاه گريز از مركز جدا شده و پس از تخريب قالب ماسه اي، قطعه بيرون آورده مي شود. يك نكته مهم در موفقيت اين روش تنظيم پارامترهاي فرايند براي رسيدن به دمايي متناظر با كسر جامد حدود 2/0 در مذاب در ابتداي ورود مذاب به قطعه پس از تماس آن با سطح مبرد و عبور از مجراهاي پاييني است. نتايج آزمايشگاهي ريز شدن شديد ساختار گرافيت هاي لايه اي و افزايش قابل ملاحظه سختي در ريخته گري نيمه جامد چدن خاكستري با اين روش را نشان داد. از ديگر ويژگي هاي مهم اين روش تك مرحله اي بودن آن، استفاده از قالب ماسه اي و تجهيزات ارزان قيمت و امكان توليد تك قطعه اي مي باشد.