بررسی تأثیر اندازه ذرات نیکل و چگالی خام بر فازهای تشکیل شده و توزیع تخلخل درکامپوزیت NiAl-TiB2-TiC تولید شده به روش سنتز احتراقی

فرآیندهای نوین در مهندسی مواد

مقاله 43، دوره 13، شماره 3 - شماره پیاپی 50، آبان 1398، صفحه 65-79   

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

ماندانا عادلی^{* 1}؛ رسول عبداله پور¹؛ منصور سلطانیه²

¹دانشکده مهندسی مواد و متالورژی، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران

²استاد/ دانشگاه علم و صنعت ایران

چکیده

در پژوهش حاضر تأثیر اندازه ذرات نیکل و چگالی نسبی نمونه‌های خام برفازهای تشکیل شده، زمان افروزش، میزان تخلخل و توزیع آن در نمونه‌های کامپوزیتی NiAl-TiB2-TiC تولید شده به روش سنتز احتراقی مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور پودرهای واکنش-گر طبق استوکیومتری Ni+Al+x(3Ti+B4C) توزین و مخلوط شدند. نمونه‌های خام به شکل استوانه فشرده شدند و اشتعال آن‌ها با استفاده از گرمایش سریع درکوره القایی با نرخ حرارت دهی ثابت و تحت جریان گاز آرگون انجام گرفت. میزان تخلخل‌های باز، بسته و کل با در نظر داشتن چگالی‌های تئوری NiAl، TiB2 و TiC و با کمک روش ارشمیدس، و نحوه‌ی توزیع آن‌ها به کمک نرم افزار آنالیز تصاویر مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که با کاهش اندازه متوسط ذرات نیکل از 87 میکرون به 3 میکرون، به جهت افزایش سطوح تماس، زمان افروزش نمونه‌ها کاهش‌یافته و واکنش در نمونه‌ها با شدت بیشتری رخ می‌دهد. ضمناْ استفاده از پودر نیکل ریزدانه کاهشی در حدود 10% در تخلخل کل ایجاد نمود. نمودار تغییرات زمان افروزش با چگالی نسبی دارای نقطه‌ی کمینه در چگالی نسبی 85% بود، افزایش چگالی نسبی خام، میزان تخلخل‌های باز ثانویه را کاهش‌داد، به طوری که میزان تخلخل‌های نمونه هایی با چگالی نسبی 65% و 95% بعد از سنتز به ترتیب 58.8 % و 26.9% بود.

کلیدواژه‌ها

سنتز احتراقی؛ کامپوزیت زمینه بین فلزی؛ کامپوزیت NiAl-TiB2-TiC؛ مخلوط گرمازا

مراجع

 [1]     G. Sauthoff, “Titanium aluminides and related phasesˮ, Intermetallics, Wiley GmbH, pp. 14-38, 2007.

 

[2]     E. Aitken & J. Westbrook, “Intermetallic compounds”, Wiley, New York, pp. 491-515, 1967.

 

[3]     K. Morsi, “Review: reaction synthesis processing of Ni-Al intermetallic materials”, Material Science and Engineering A, Vol. 299. pp. 1-15, 2001.

 

[4]     Michalaski, J. jaroszewich, M. Rosinski & D. Siemiaszko, “NiAl-Al₂O₃ composite produced by pulse plasma sintering with the participation of the SHS reaction”, Intermetallics, Vol. 14, pp. 603-606, 2006.

 

[5]     Y. Terada, K. Ohkubu, T. Muhri & T. Suzuki, “Thermal conductivity of intermetallic compounds with metallic bonding”, Materials Transactions, Vol 43, pp. 3167-3176, 2002.

 

[6]     S. Bhaumic, C. Divakar, L. Rangaraj & A. Singh, “Reaction sintering of NiAl and TiB₂-NiAl composite under pressure”, Material Science and Engineering A, Vol. 257, pp. 341-348, 1998.

 

[7]     C. S. Bautisca, A. Ferriere, G. Rodriguesz, M. Lopez- Almodovar, A. Barba, C. Sierra & A. Vazquez, “Intermetallic coating elaborated by a solar assisted SHS precess”, Intermetallics, Vol. 14, pp. 1270-1275, 2006

 

[8]     O. Ozdemir, S. Zeytin & C. Bindal, “Tribological properties of NiAl produced by pressure-assisted combustion Synthesis”, Wear, Vol. 256, pp. 979-985, 2008.

 

[9]     L. Duarte, C. Leinenbach, U. Klotz, M. Marker, K. Richter & J. Loffler, “Experimental study of the FeAl-NiAl-TiAl section”, Intermetallics, Vol. 23, pp. 80-90, 2012.

 

[10] ع. اسمعیلی علی­آبادی و ع. سعیدی، "تولید کامپوزیت TiC در زمینه آلومیناید نیکل به­روش سنتز احتراقی انفجاری"، فصلنامه فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، سال 2، شماره 6، صفحه 8-1، پاییز 1387.

 

[11] C. M. Ward-Close, R. Minor & P. J. Doorbar “Intermetallic matrix composites - a review”, Intermetallics, Vol. 4, pp. 217-229, 1996.

 

[12]    م. بیهقی، ع. کیانی رشید، م. کاشفی تربتی، ج. وحدتی خاکی و ا. یونسون، "بررسی تأثیر فعالسازی مکانیکی و سرعت گرمایش بر تشکیل کامپوزیت نانوساختار NiAl-Al₂O₃ بهروش سنتز احتراقی"، فصلنامه فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، سال 11، شماره 2، صفحه 25-1، تابستان 1396.

 

[13] J. J. Moore & H. J. Feng, “Combustion synthesis of advanced materials: Part 1. Reaction parameters”, Material Science, Vol. 39. pp. 243-273, 1995.

 

[14] W. Wang, L. Zhang & X. Zhang, “Microstructure, densification and mechanical properties of TiB₂-TiC-NiAl ceramic-based composite”, Key Engineering Materials, Vol. 680. pp. 152-157, 2016.

 

[15] C. Hong-zhi, M. Li, C. Li-Li, T. Fang-lei & C. Ning, “Effect of NiAl content on phase and microstructure of TiC-TiB₂-NiAl composites fabricated by reaction synthesis”, Transactions of Nonferrous Metals Society of China, Vol. 24, pp. 346-353, 2014.

 

[16] N. Wei, H. Cui, J. Wu & J. Wang, “Effect of forming conditions and TiC-TiB₂ contents on the microstructure of self-propagating high-temperature synthesized NiAl-TiC-TiB₂ compositesˮ, Acta Metall, Vol. 28. pp. 39-47, 2015.

 

[17] N. Wei, H. Cui, L. Ma, X. Song, W. Liu & N. Hou, “Porous TiC-TiB₂-NiAl composite and effect of NiAl contents on pore structure and microstructure”, Powder Metallurgy, Vol. 58. No. 4, pp. 273-280, 2015.

 

[18] C. L. Yeh & W. Y. Sung, “Combustion synthesis of Ni₃Al intermetallics compound in self-propagating mode”, Journal of Alloy and Compounds. Vol. 384, pp. 181-191, 2004.

 

[19] H. P. Li & J. A. Sekhar, “The Influence of the size on micropyretic synthesis of NiAl intermetallic compounds”, Journal of Materials Research Society, Vol. 10, No. 10, pp. 2471-2480, 1995.

 

[20] C. L. Yeh & H. J. Wang, “A comparative study on combustion synthesis of Ta-Si compoundsˮ, Intermetallics, Vol. 15. pp. 1277-1284, 2007.

 

[21] N. Kanetake & M. Kobashi, “Innovative processing of porous and cellular materials by chemical reaction”, Scripta Material, Vol. 54. pp. 521-525, 2006.

 

[22] M. Kobashi & N. Kanetake, “A self-propagating foaming process of Porous Al-Ni intermetallics assisted by combustion reactionsˮ, Materials, Vol. 2, pp. 2360-2368, 2009.