بررسی تاثیر متغیرهای تولید بر رسانایی الکتریکی و ریزسختی آلیاژ نانوکریستالی Cu-5 at. %Ta

فرآیندهای نوین در مهندسی مواد

مقاله 9، دوره 11، شماره 3 - شماره پیاپی 42، آذر 1396، صفحه 101-112   

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

روح اله رحمانی فرد^{* 1}؛ محسن اسدی اسد آباد²؛ سید میثم جاویدان³

¹دانشگاه علم و صنعت ایران، دانشکده فناوری های نوین، عضو هیات علمی

²پژوهشگاه علوم و فنون هسته ای، پژوهشکده مواد

³دانشگاه علم و صنعت ایران، دانشکده فناوری های نوین

چکیده

در پژوهش حاضر از روش آلیاژسازی مکانیکی برای تولید آلیاژهای نانوکریستالی Cu-5 at. % Ta استفاده شد. به منظور دستیابی به نمونه های با خواص مطلوب اثر تغییر اندازه گلوله‏های آسیا، اتمسفر و دمای تف‏جوشی بر ریزساختار، رسانایی الکتریکی و ریزسختی نمونه فوق مورد بررسی قرار گرفتند. بررسی های ریزساختاری از دو شرایط گلوله‏های به قطر 10 میلی‏متر و مخلوطی از گلوله‏های 10 و 5 میلی‌متری نشان داد که نمونه‏ی آسیاشده با استفاده از گلوله‏های مخلوط، متوسط اندازه کریستالیت‏ ریزتری دارد. پس از آسیاکاری، روش پرس سرد و تف‏جوشی در کوره در اتمسفرهای نیتروژن، آرگون و خلأ در دمای ℃550 انجام شد، نمونه‏های تف‏جوشی شده در شرایط خلأ مجموعه خواص بهتری را از خود نشان دادند. به منظور بررسی اثر دمای تف جوشی بر خواص محصول دماهای 700 و ℃850 نیز در شرایط خلأ مورد بررسی قرار گرفتند، نتایج نشان دادکه نمونه‏ی تف‏جوشی شده در دمای ℃850 بیشترین میزان رسانایی الکتریکی و ریزسختی را دارد. درمجموع نمونه‏ی آسیاشده با گلوله‏های مخلوط و تف‏جوشی شده در دمای ℃850 در شرایط خلأ میزان رسانایی الکتریکی برابر IACS %7/15 و ریزسختی HV 2/196 را نشان داد که بیشترین میزان رسانایی الکتریکی و ریزسختی در بین نمونه‏های مس- تانتالم تولیدشده در این پژوهش بود.

کلیدواژه‌ها

آلیاژسازی مکانیکی؛ تف‏جوشی؛ آلیاژ‏ نانوکریستالی Cu-Ta؛ رسانایی الکتریکی؛ ریزسختی

مراجع

 [1]    S. Mathur, S. S. Ray & T. Ohji, “Nanostructured Materials and Nanotechnology IV: Ceramicˮ, Engineering and Science Proceedings, Vol. 31, Wiley, 2010.

 

[2]    C. Suryanarayana, “Mechanical alloying and millingˮ, Progress in Materials Science, Vol. 46, pp. 1-184, 2001.

 

[3]    T. P. Yadav, R. M. Yadav & D. P. Singh, “Mechanical milling: a top down approach for the synthesis of nanomaterials and nanocompositesˮ, Nanoscience and Nanotechnology, Vol. 2, pp. 22-48, 2012.

 

[4]      د. داوودی، س. ا. ح. امامی و ع. سعیدی، "تولید و بررسی خواص مکانیکی پودر نانوکامپوزیت آلومینیم 7014/ آلومینا به روش آلیاژسازی مکانیکی"، فرایند های نوین در مهندسی مواد، دوره 9، شماره 4، صفحه 93-106، زمستان 1394.

 

[5]      ا. احمدی، م. ملک زاده و س. خ. ا. صدرنژاد، " بررسی پارامترهای مؤثر بر سنتز نانوکامپوزیت تنگستن- مس به روش آسیابکاری مکانیکی و احیاء هیدروژنی"، فرایندهای نوین در مهندسی مواد، دوره 5، شماره 2، صفحه 27-34، تابستان 1390.

 

[6]    M. a. Tschopp, H. a. Murdoch, L. J. Kecskes & K. a. Darling, “Bulk nanocrystalline metals: Review of the current state of the art and future opportunities for copper and copper alloysˮ, JOM, Vol. 66, pp. 1000-1019, 2014.

 

[7]    H. Masuda, K. Higashitani & H. Yoshida, Powder Technology: CRC Press, 2007.

 

[8]    J. S. Benjamin, “Dispersion strengthened superalloys by mechanical alloyingˮ, Metallurgical transactions, Vol. 1, pp. 2943-2951, 1970.

 

[9]    M. S. El-Genk & J.-M. Tournier, “A review of refractory metal alloys and mechanically alloyed-oxide dispersion strengthened steels for space nuclear power systemsˮ, Journal of Nuclear materials, Vol. 340, pp. 93-112, 2005.

 

[10] V. Rajković, O. Erić, D. Božić, M. Mitkov & E. Romhanji, “Characterization of dispersion strengthened copper with 3wt% Al2O3 by mechanical alloyingˮ, Science of Sintering, Vol. 36, pp. 205-211, 2004.

 

[11] J. P. Stobrawa & Z. M. Rdzawski, “Dispersion–strengthened nanocrystalline copperˮ, Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering, Vol. 24, pp. 35-42, 2007.

 

[12] R. Rahmanifard, H. Farhangi & A. J. Novinrooz, “Optimization of mechanical alloying parameters in 12YWT ferritic steel nanocompositeˮ, Materials Science and Engineering, Vol. 527A, pp. 6853-6857, 2010.

 

[13] H. Bahmanpour, “Synthesis and Deformation Behavior of Nanocrystalline Copper Alloysˮ, PHD Thesis, North Carolina State University, 2012.

 

[14] C. Suryanarayana, E. Ivanov & V. V. Boldyrev, “The science and technology of mechanical alloyingˮ, Materials Science and Engineering, Vol. 304A, pp. 151-158, 2001.

 

[15] C. Suryanarayana & C. C. Koch, “Nanocrystalline materials - Current research and future directionsˮ, Hyperfine Interactions, Vol. 130, pp. 5-44, 2000.

 

[16] M. Gogebakan, C. Kursun & J. Eckert, “Formation of new Cu-based nanocrystalline powders by mechanical alloying techniqueˮ, Powder Technology, Vol. 247, pp. 172-177, 2013.

 

[17] T. Frolov, K. A. Darling, L. J. Kecskes & Y. Mishin, “Stabilization and strengthening of nanocrystalline copper by alloying with tantalumˮ, Acta Materialia, Vol. 60, pp. 2158-2168, 2012.

 

[18] K. A. Darling, A. J. Roberts, Y. Mishin, S. N. Mathaudhu & L. J. Kecskes, “Grain size stabilization of nanocrystalline copper at high temperatures by alloying with tantalumˮ, Journal of Alloys and Compounds, Vol. 573, pp. 142-150, 2013.

 

[19] K. A. Darling, M. A. Tschopp, R. K. Guduru, W. H. Yin, Q. Wei & L. J. Kecskes, “Microstructure and mechanical properties of bulk nanostructured Cu–Ta alloys consolidated by equal channel angular extrusionˮ, Acta Materialia, Vol. 76, pp. 168-185, 2014.

 

[20] G. K. Williamson & W. H. Hall, “X-ray line broadening from filed aluminium and wolframˮ, Acta metallurgica, Vol. 1, pp. 22-31, 1953.

 

[21] Y. F. Zhang, L. Lu & S. M. Yap, “Prediction of the amount of PCA for mechanical millingˮ, Journal of Materials Processing Technology, Vol. 89, pp. 260-265, 1999.

 

[22] J. Xu, J. H. He & E. Ma, “Effect of milling temperature on mechanical alloying in the immiscible Cu-Ta systemˮ, Metallurgical and Materials Transactions, Vol. 28A, pp. 1569-1580, 1997.

 

[23] B. Hornbuckle, T. Rojhirunsakool, M. Rajagopalan, T. Alam, G. P. Pun, R. Banerjee & et al., “Effect of Ta Solute Concentration on the Microstructural Evolution in Immiscible Cu-Ta Alloysˮ, JOM, Vol. 67, pp. 2802-2809, 2015.

 

[24] T. Ungár, “Microstructural parameters from X-ray diffraction peak broadeningˮ, Scripta Materialia, Vol. 51, pp. 777-781, 2004.

 

[25] M. R. Vaezi, S. H. M. S. Ghassemi & A. Shokuhfar, “Effect of different sizes of balls on crystalline size, strain, and atomic diffusion on Cu-Fe nanocrystals produced by mechanical alloyingˮ, Journal of Theoretical and Applied Physics, Vol. 6, pp. 1-7, 2012.

 

[26] C. Aguilar, S. Ordonez, J. Marín, F. Castro & V. Martinez, “Study and methods of analysis of mechanically alloyed Cu–Mo powdersˮ, Materials Science and Engineering, Vol. 464A, pp. 288-294, 2007.

 

[27] K. Barmak, G. A. Lucadamo, C. Cabral Jr, C. Lavoie, J. M. E. Karper, “Dissociation of Dilute immiscible copper  alloy thin filmˮ, Journal of Applied physics, Vol. 87, pp. 2204, 2000.

 

[28] T. Rojhirunsakool, K. A. Darling, M. A. Tschopp, G. P. P. Pun, Y. Mishin, R. Banerjee & et al., “Structure and thermal decomposition of a nanocrystalline mechanically alloyed supersaturated Cu–Ta solid solutionˮ, MRS Communications, Vol. 5, pp. 333-339, 2015.

 

[29] S. T. Zhang, Q. Wang, T. T. Liu & J. J. Liu, “Controlling crystallization process and thermal stability of a binary Cu–Zr bulk metallic glass via minor element additionˮ International Journal of Modern Physics, Vol. 29B, p. 1550178, 2015.

 

[30] E. Botcharova, J. Freudenberger & L. Schultz, “Mechanical and electrical properties of mechanically alloyed nanocrystalline Cu–Nb alloysˮ, Acta materialia, Vol. 54, pp. 3333-3341, 2006.

 

[31] B. Long, R. Othman, M. Umemoto & H. Zuhailawati, “Spark plasma sintering of mechanically alloyed in situ copper–niobium carbide compositeˮ, Journal of Alloys and Compounds, Vol. 505, pp. 510-515, 2010.

 

[32] S. Kleiner, F. Bertocco, F. A. Khalid & O. Beffort, “Decomposition of process control agent during mechanical milling and its influence on displacement reactions in the Al–TiO 2 systemˮ, Materials Chemistry and Physics, Vol. 89, pp. 362-366, 2005.