دانلود مقاله کاربرد کامپوزیت

- مطالعات مروری
2-1- فرآیند آلیاژ سازی مکانیکی
در این فرآیند اجزاء سازنده پودر کامپوزیتی با همدیگر در یک مدت زمان مشخص، آسیاب می شوند تا به صورت همگن در آیند .

در طی این فرآیند اندازه ذرات مخلوط شده در اثر پهن شدن و شکستن کاهش می یابد.

نیروهای برشی و فشاری که در اثر برخورد گلوله ها به پودر وارد می شود، باعث آگلومره شدن ذرات می گردد.

زمان آسیاب می بایست تا حد امکان کوتاه در نظر گرفته شود تا اندازه ذرات بیش از حد کاهش نیابد.

از این رو در آسیاب هایی با انرژی بالا معمولاً زمان آسیاب کمتر از 1 ساعت است.

در نتیجه پودرهای کامپوزیتی تولید شده از این طریق، اندازه ای تقریباً برابر اندازه ذرات اولیه خواهند داشت.

روش آلیاژ سازی مکانیکی اولین بار توسط Benjamin و همکارانش در اواخر دهه 1960 معرفی شد.

آنها این روش را به منظور تولید سوپر آلیاژهای پایه نیکلی استحکام یافته با ذرات اکسیدی (ODS) بکار بردند.

روش آلیاژسازی مکانیکی تا مدتها تنها به منظور تهیه پودر آلیاژهای ODS مورد استفاده قرار می گرفت .

تا اینکه در اوایل دهه 1980 مشخص گردید که روش آلیاژسازی مکانیکی می تواند برای ایجاد ساختارهای آمورف نیز استفاده گردد.

پس از این کشف روش آلیاژسازی مکانیکی می تواند به عنوان روشی که در حالت جامد امکان ساخت مواد و آلیاژهای مختلف را فراهم می ساخت، مورد توجه بسیار زیاد محققین و مهندسین مواد قرار گرفت و زمینه های تحقیقاتی جدیدی را در پیش روی آنان باز کرد.

روش آلیاژسازی مکانیکی با تسریع کینتیک بسیاری از واکنش های شیمیایی و تغییر حالت های متالورژیکی، وقوع آنها را در دمای محیط امکان پذیر می سازد؛ در نتیجه با این روش بسیاری از مواد و ساختارها در حالت جامد قابل تولید می باشند.

تجهیزات ساده، عدم نیاز به درجه حرارت های بالا و انجام عملیات تولید تنها در طی یک مرحله، از ویژگیهای روش آلیاژسازی مکانیکی است که می تواند تولید بسیاری از مواد و آلیاژها را با کمک این فرآیند، مقرون به صرفه تر از روش های متداول سازد.

به علاوه محصول نهایی در روش آلیاژسازی مکانیکی ساختاری ریز لا یکنواختی آسیاب ها پر انرژی نظیر آسیاب های گلوله ای سیاره ای ، آسیاب های گلوله ای ارتعاشی ، آسیاب های گلوله ای یا میله ای غلتشی ، آسیاب های گلوله ای شافتی و آسیاب مغناطیسی قابل استفاده در این روش هستند.

تفاوت این آسیاب ها عمدتاً در ظرفیت، راندمان و امکانات اضافی آنها برای گرم یا خنک کردن محفظه است.

2-1-1- متغیرهای فرآیند آلیاژسازی مکانیکی
آلیاژسازی مکانیکی فرآیند پیچیده ای است و برای حصول فاز یا ریزساختار مورد نظر، متغیرهای گوناگونی باید بهینه شوند.

برخی از مهمترین متغیرها که روی نوع و ساختار محصول نهایی تاثیر می گذارند عبارتند از
- نوع آسیاب
- جنس ، اندازه و توزیع اندازه گلوله های آسیاب
- نسبت وزنی گلوله ها به پودر
- میزان پر شدن محفظه
- زمان آسیاب کردن
- درجه حرارت[2]

2-2- کامپوزیتها
کامپوزیت زمینه فلزی(MMC ) مجموعه ای از زمینه آلیاژی فلزی نرم و افزودنی استحکام بخش(که معمولا ماده ای سرامیکی است) که برای تامین استحکام و سفتی مناسب تهیه می شود.

دلایل زیادی برای تمایل طراحان و مهندسان به قطعات MMC وجود دارد که فرای نیاز به افزایش استحکام است.

کامپوزیتها قابلیت فراهم آوری قطعات دارای خواص انتخابی برای کاربرد های بسیار تخصصی را دارند که در آ«ها محدوده ای از خواص فیزیکی و مکانیکی را می توان از مجموعه سرامیک و فلز(یا آلیاژ) به دست آورد.

بعضی از عوامل مهم مورد توجه عبارتند از: بهبود استحکام در دماهای بالا، بهبود مدول(یا سفتی)، امکان کاهش وزن با بالا بردن نسبت استحکام به وزن، بهبود مقاومت سایشی و کاهش ضریب انبساط حرارتی.

کامپوزیت های زمینه فلزی به دلیل دارا بودن نسبت استحکام به وزن بالا، مدول الاستیک خوب، مقاومت برشی عالی و مقاومت خزشی مناسب امروزه کاربرد های فراوانی در صنایع و به خصوص صنایع هوا فضا پیدا کرده اند.

در هر حال، فرم پذیری ضعیف MMC ها، تا حدی کاربرد آنها را تحت تاثیر قرار داده است.

به طور کلی MMC ها شامل دو جزء اصلی می باشند:
1- زمینه فلزی: که عمدتا از فلزات سبک مثل Ti,Mg,Al وآلیاز های آنها می باشند.

2- تقویت کننده ها: که شامل فایبر ها، ترکیبات بین فلزی و ذرات سخت سرامیکی مثل SiC, Al2O3,Y2O3 و ...

می باشند[1].

متداولترین فرایند برای تولید سرامیک های شامل بورید، کاربید، نیترید و اکسید متنوعی از فلزات پرس گرم(HP) است.

روش دیگر در ساخت سرامیک ها با تکنولوژی بالا، پرس ایزو استاتیک گرم (HIP) است.

در روش پرس گرم پودر سرامیکی داخل قالب در یک کوره دمای بالا قرار گرفته و تحت فشار تک محوری قرار می گیرد.

در حالی که نمونه در دمای بالا زیر نقطه ذوب قرار دارد، به هم آمیختگی ذرات پودری انجام می شود تا در طول زمان مورد نیاز کل قطعه سینتر شود.

این عملیات از نظرکاربرد انرژی خیلی گران است.

در روش دیگر نمونه پودر ابتدا پرس سرد شده تا شکل مطلوب بدست آید و سپس تا دمایºC 2000 گرم شده وتحت فشار یک سیال کاری، معمولا˝یک گاز خنثی در فشار بیشتر از Mpa120 قرار میگیرد.

مزیت آن این است که می توان قطعات پیچیده تر تولید کرد، اما به هر حال تجهیزات و آماده سازی قطعه خام قیمت محصولات را افزایش می دهد.

در دو دهه اخیر روش سنتز احتراقی به دلیل مزایایی که دارد در تولید سرامیکها مورد توجه قرار گرفته است[
2-3- کامپوزیتهای تحت بررسی برای کاربرد در آب بند های مکانیکی به منظور بررسی امکان تولید ترکیبات آب بندهای مکانیکی به روش سنتز احتراقی، ابتدا ترکیب TiB-Ti توسط روش سنتز احتراقی تولید شد و با نتایج تفرق اشعه ایکس، تایید گردید و سپس خواص متالورژیکی آنها بررسی شد و با مقایسه با نمونه آب بند مکانیکی SiC مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت.

همچنین ترکیبات Ti3SiC2، TiC-TiB2،TiB2-TiC-SiC ، TiC-NiAl، TiC-SiC توسط روش سنتز احتراقی تولید شدند و در حال انجام تجزیه و تحلیل و ازیابی خواص متالورژیکی آنها هستیم.

TiB-Ti2-3-1- کامپوزیت.

روشهای تولید آن شامل پرس گرم، پرس ایزو استاتیک گرم، سنتز احتراقی و...

می باشد.

با انجام سنتز احتراقی می توان این سرامیک را با چگالی بیش از 90 در صد چگالی تئوری تولید کرد یکی از روشهای تولید کامپوزیتTiB-Ti روش اسپارک پلاسما سینترینگ (SPS) است.

آلیاژ سازی مکانیکی فاصلهء نفوذی در طول فرآیند سینترینگ را کاهش می دهد و انتظار آن است که دمای سینترینگ را کاهش دهد.

3 واکنش در فرآیند امکان پذیر است.

وبیشتر امکان دارد اتفاق بیفتد.

(1) کمتراست اما واکنش انرژی آزاد هر سه واکنش منفی است، واکنش (3) زیر دمای° C 1200 انجام نمی شود.

پیک گرمازا برای واکنش3 بین 465 تا 960 درجه سانتیگراد است.ودر° C 1000 کامل می شود.

بنابراین TiB در دمای بالای° C 1000 فقط برای مدت5 دقیقه زمان سنتز نگه داری می شود.

شکل2-1 سلول واحد را نشان می دهد، زنجیر زیگ زاگ بورون موازی جهتb و منشور تریگونال از6 اتمTi اطراف هر اتم B و ساختار TiB را نشان داده است[4].

در شکل2-2 دباگرام تعادلی Ti و B نشان داده شده است.

فاز TiB2 و فاز TiB است.

شکل (2-2).

دیاگرام تعادلی Ti- B 3- روش انجام تحقیق دراین فصل شرح مختصری از فعالیتهای انجام شده جهت تولید قطعات مورد نظر به روش سنتز احتراقی و بررسی آنها ارائه شده است.

در بخش اول چگونگی برنامه ریزی آزمایشات و مشخصات مواد اولیه مصرفی و روش انجام آزمایشات معرفی شده است.

روند بررسی محصولات از قبیل مطالعات فازشناسی و ریزساختار نیز در بخش دوم آمده است.

3-1- تولید کامپوزیت به منظور برنامه ریزی دقیق آزمایشات و تهیه نمونه ها، ابتدا واکنشها از نظر ترمودینامیکی بررسی شده و بر اساس مدلهای موجود، ترکیبات قابل احتراق مشخص گردیدند.

با توجه به این اطلاعات و محدوده ترکیب و محدوده ترکیب موردنظر در تولید کامپوزیت، جدول آزمایشات موردنیاز پیشنهاد شد و با استفاده از آن، نمونه ها تولید و محترق شدند.

3-1-1- مواد اولیه درتولید نمونه ها، تلاش بر استفاده از پودرهای با خلوص بالا و دانه بندی مناسب بوده است.

برای رسیدن به دانه بندی مناسب در مواقعی که ذرات بزرگ بودند از آلیاژهای دیسکی و آگات استفاده شد.

خلوص و اندازه پودرهای مورد استفاده در جداول 3-1 و 3- 2 نشان شده است.

آنالیز پودرها با استفاده از تکنیک EDS (اشکال3- 1- الف، ب، ج، د) واندازه و تصاویر پودرها با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی (اشکال3-2- الف، ب، ج، د) بدست آمد.

جدول( 3-1).

درصد خلوص پودرهای مورد استفاده شکل(3-1- الف).

آنالیز EDS پودر کربن شکل(3-1- ب).

آنالیز EDS پودر تیتانیم شکل(3-1- ج).

آنالیز EDS پودر سیلیسیم شکل(3-1- د).آنالیز EDS پودر بور جدول(3-2).

اندازه پودرهای مورد استفاده شکل(3-2- د).

توزیع اندازه پودر کربن 3-1-2- تهیه نمونه خام مقدار لازم از هر پودر جهت رسیدن به ترکیب استوکیومتری مناسب برای تولید نمونه های Ti3SiC2،Ti-TiB، TiC-2TiB2، SiC-TiC-2TiB2، Ti5SiC، SiC-2TiCو تهیه شدند.

عملیات آسیاب تا زمانی انجام شد که ترکیب پودر به صورت همگن و یکنواخت باشد.

3-1-2-1- آلیاژ سازی مکانیکی عملیات آلیاژسازی مکانیکی در یک دستگاه آسیاب غلتشی انجام شد.

همان طور که در شکل 3-1 مشاهده می شود، آسیاب های غلتشی از یک محفظه استوانه ای حاوی تعداد زیادی گلوله تشکیل شده اند.

محفظه به طور افقی به وسیله دو غلتک چرخان می غلتد و از فولاد 37-St ساخته شده و به منظور افزایش مقاومت سایشی آن عملیات سمانتاسیون برروی آن انجام شده است.

گلوله ها از جنس فولاد 521000 می باشند و قطری بین 5 تا 10 میلیمتر دارند.

تعیین اندازه گلوله ها بستگی به قطر محفظه دارد، به طوریکه با افزایش قطر محفظه ، قطر گلوله هارا نیز می توان بزرگتر انتخاب کرد.

گزارش شده است.

نسبت بین قطر محفظه و قطر گلوله ها باید بین 24 تا 150 باشد .

گلوله های خیلی ریز انرژی ضربه ای پایینی دارند؛ از طرف دیگر استفاده از گلوله های خیلی درشت، تعداد برخوردهای موثر در واحد زمان کاهش می یابد.

از این رو نرخ آلیاژسازی مکانیکی و سرعت یکنواخت شدن ذرات پودر کمتر می شود.

برای جلوگیری از اکسیداسیون و یا نیتراسیون پودر، عملیات آلیاژسازی مکانیکی می بایست تحت اتمسفر خنثی در آسیاب غلتشی بسته به سرعت چرخش و نیز قطر محفظه، گلوله ها تا مسافت مشخصی به جدازه محفظه چسبیده و با آن حرکت کرده و سپس با غلبه بر نیروی وزن خود، سقوط می کنند.

با سقوط گلوله ها انرژی ضربه ای به ذرات پودر وارد می شود.

عواملی نظیر زمان آسیاب کردن، قطر و سرعت چرخش محفظه آسیاب، اندازه و جرم مخصوص گلوله ها، نسبت وزنی پودر به گلوله ها، درجه حرارت و اتمسفری که در آن عملیات آلیاژسازی مکانیکی صورت می گیرد؛ از جمله پارامترهایی است که می توانند واکنش هایی که در حین آلیاژسازی رخ می دهند را به میزان قابل ملاحظه ای تحت تاثیر قرار دهند؛ به طوریکه با کنترل این عوامل می توان آلیاژ و ساختار مطلوب را بدست آورد (شکل3-3).

جدول(3-3).

مشخصات آسیاب غلتشی برای تهیه نمونه خام از یک قالب پرس استفاده شد که قادر به اعمال فشاری در حدود Mpa300 بود(شکل3-4).

مخلوط پودر تهیه شده بوسلیه آلیاژسازی مکانیکی در یک قالب استوانه ای به قطر cm5 ریخته شد و مقدار gr60 قرص های دیسک شکل با ضخامت 1.4 سانتی متر با اعمال فشاری در حدود Mpa50، بدست آمد.

دانسیته نمونه خام تقریباً 50 تا 60 درصد دانسیته تئوری به دست آمد.

نمونه ها به نحوی مناسب که آسیب نبینند از پرس خارج شدند.

بدین ترتیب، دیسک های اولیه تولید شدند و بعد از این مرحله، عملیات احتراق بر روی آنها انجام شد.

3-1-3- احتراق نمونه برای محترق کردن نمونه ها از دستگاه پرس اتوماتیک با ظرفیت 250 تن که به منظور انجام عملیات سنتز احتراقی طراحی شده بود و محفظه احتراقی استفاده شد که در شکل (4-5) نشان داده شده است.

محفظه احتراقی، محفظه ای فولادی است که در آن پودر در حالت خشک و پس از آلیازسازی مکانیکی قرار می گیرد.

این محفظه به همراه پودر متراکم شده زیر پرس قرار گرفته و عملیات سنتز احتراقی انجام می گیرد.

مراحل انجام کار به صورت زیر است.

بر روی فک پائینی پرس، قسمت پایین محفظه احتراق قرار گرفته و ماسه نسوز داخل آن ریخته شد به نحوی که سطح ماسه به لبه محفظه رسید.

دیسک نمونه خام بر روی سطح ماسه نسوز قرار گرفت و قسمت بالایی محفظه احتراق که دارای شکاف در قسمت بالایی آن بود، بر روی قسمت پایینی قرار گرفت.

یک سیم از جنس تنگستن به صورت گلابی شکل به سنسور دستگاه اسپیرال متصل شد و سپس داخل شکاف قسمت بالایی محفظه احتراق به گونه ای قرار گرفت که سیم تنگستن بر سطح دیسک نمونه خام مماس باشد.

برای انجام موفقیت آمیز واکنش سنتز احتراقی از ماده پیش گرم با احتراق بالا استفاده شد، که بر روی سطح دیسک و اطراف سیم تنگستن ریخته شد.

ماده پیش گرم منیزیم و تفلون بود.

پس ازآن ماسه نسوز اطراف دیسک پوشیده شده با ماده پیش گرم ریخته شده و در قسمت بالایی محفظه احتراق یک پین قرار گرفت.

با روشن کردن دستگاه و فشار دکمه استارت مراحل زیر توسط دستگاه اسپیرال انجام شد.

درحین پائین آمدن فک بالایی پرس با اعمال جریان الکتریکی توسط اسپیرال، سیم تنگستن داخل سنسورمحترق شد و واکنش سنتز احتراقی توسط ماده پیش گرم و نمونه خام شروع شد.

ضمن پیشرفت جبهه احتراق به سمت پائین نمونه خام و رسیدن دمای آن در حدود 2000 الی 3000 درجه سانتیگراد، فک بالایی پرس نیز بر روی سطح پین مماس شده و فشار اولیه ای را بر روی نمونه اعمال کرد.

با اعمال زمان تاخیر 5 ثانیه پرس فشار ثانویه ای در حدودton 30 وبه مدت 5 ثانیه بر سطح دیسک وارد نمود.

به این ترتیب دانسیته نمونه افزایش یافت و به حدود بیش از 90 درصد دانسیته تئوری رسید.

پس از آن فک بالایی پرس از پین جدا شده و به سمت بالا رفت و عملیات دستگاه متوقف شد.

با برداشتن پین وقسمت بالایی محفظه احتراق بر روی نمونه تولیدی و رعایت مقررات ایمنی لازم، نمونه سریعاً داخل یک کوره با دمای 800 درجه سانتیگراد قرار گرفت.

نمونه به آهستگی سرد شده و سپس با خاموش کردن کوره و سرد شدن نمونه در مدت زمان 10 ساعت، نمونه از کوره خارج شد.

در تولید قطعات 2 نوع محفظه احتراقی یکی با قطر 5 و دیگری با قطر 12 سانتیمتر استفاده شد.

3-1-4- عملیات تکمیلی برای رسیدن به ابعاد مورد نظر قطعه متراکم توسط دستگاه وایرکات برش داده شد.

همچنین برای رسیدن به سطح مناسب فرآیند پرداخت بر روی سطوح قطعه تولیدی انجام شد.

با انجام عملیات پرداخت سطوح آب بند صیقلی و یکنواخت شد، یعنی اختلاف اندازه بین بلندترین نقطه و کوتاه ترین نقطه روی سطح (زبری سطح) به حدود 6-10 یاهزارم میلیمتر رسید تا مولکولهای سیال به راحتی نتوانند از بین دو سطح آب بند عبور نمایند.

3-2- بررسی قطعات (آب بندی های مکانیکی) 3-2-1- فاز شناسی محصولات برای شناخت پودرهای اولیه و ترکیبات تشکیل شده در اثر واکنش، نمونه ها تحت آزمایش قرار گرفتند.

مطالعات فازشناسی پودرها از دستگاه پراش پرتوایکس Philips X'pert-MPD، مجهز به نرم‌افزار فازیابی استفاده شد.

پارامترهای عملیاتی این دستگاه مطابق جدول(3-4) تنظیم شد.

با استفاده از کارت های استاندارد هر فاز و الگوی پراش بدست آمده پیک های مربوط به هر فاز شناسایی و نامگذاری شدند.

جدول(3-4) پارامترهای عملیاتی دستگاه پراش پرتو ایکس در فازیابی نمونه‌ها 3-2-2- بررسی ساختار میکروسکوپی و آنالیز شیمیایی ساختار محصولات خلوص پودرها وتوزیع دانه ها توسط میکروسکوپ الکترونی بدست آمد.

پودرها بر روی چسب کربنی قرار گرفته وروی آن پوشش طلا داده شد، تصویر شامل زمینه سیاه رنگ چسب کربنی و پودر های سفید رنگ بود.

به منظور بررسی ساختار میکروسکوپی محصولات تولیدی سطوح آن صیقلی شده و سپس پولیش می شد.

بررسی نمونه ها با میکروسکوپ نوری (OM) و میکروسکوپ الکترونی دانشکده مهندسی مواد (SEM مدلXL3.

ساخت کمپانی PHILIPS) بررسی شد.

آنالیز نواحی مورد نظر در نمونه با تکنیک جانبی EDS همراه میکروسکوپ الکترونی انجام شد.

به دلیل اینکه نمونه ها، هادی جریان نبودند یا نیمه هادی بودند، با کشیدن یک نوار چسب آلومینیوم از سطح تا کف آن (اتصال به جداره فلزی نمونه گیر) سعی شد تا در هنگام بررسی با میکروسکوپ الکترونی از تجمع بار الکتریکی در سطح نمونه جلوگیری شده و تصاویر باکیفیت خوبی به دست آیند.

همچنین سطح نمونه ها قبل از دیدن توسط میکروسکوپ الکترونی پوشش طلا داده 3-2-3- بررسی رفتار و نوع سایش در آب بندی های مکانیکی با استفاده از امکانات موجود، تست سایش پین بر روی دیسک برای شبیه سازی کار آب بند مکانیکی انجام شد.

جنس پین از فولاد رول برینگ 52100 با سختی حدود RC64 بود.ترکیب شیمیایی پین درجدول 3-5 آمده است.

تست سایش بر روی نمونه خارجی وتولیدی داخل به روش سنتز احتراقی انجام شد و سپس رفتار سایش نمونه ها مقایسه و ارزیابی شد.

جدول(3-5) ترکیب شیمیایی پین فولاد 3-2-3-1- نحوه انجام آزمون روانکاری منحنی کاهش وزن دیسک- مسافت طی شده رسم شد.برای انجام آن در هر فاصله 100 متری 3 کیلوگرم به وزنه اضافه شد.

با داشتن نیروی بحرانی، آزمون سایش اصلی انجام شد.و منحنی آن رسم شد و پارامترهای لازم به دست آمد.

(شکل3-6 ).

در منحنی اصلی فاصله بر حسب 100-100-200-200-200-200 متر انتخاب شد ومقدار کاهش وزن دیسک در هر فاصله به دست آمد.

همزمان با آن منحنی نیروی عمودی بر حسب فاصله توسط برنامه کامپیوتری مناسب به دست آمد.برای به دست آوردن مسافت با داشتن محیط دیسک، تعداد دور به دست آمدوبا رسیدن تعداد دور به عدد خواسته شده دستگاه خاموش می شد و پارامترهای لازم اندازه گیری می شد.

در صورت نیاز پارامترهای دیگر نیزمانند دما و درصد رطوبت اندازه گیری ویا محاسبه شد.

3-2-4- بررسی سختی آب بندهای مکانیکی با توجه به سختی بالا و ترد بودن قطعات آزمایش سختی توسط دستگاه سختی shore دانشکده معدن دانشگاه صنعتی اصفهان که مخصوص سختی سنجی سنگها است، انجام شد.

دستگاه شامل یک وزنه با نوک الماس بود.

این وزنه از ارتفاع ثابت رها شده و پس از برخورد با سطح نمونه با توجه به سختی نمونه واجهش کرده، قرائت عدد واجهش (بین صفر تا 120) معرف میزان سختی نمونه در مقیاس اعداد به دست آمده به عنوان سختی نمونه ها گزارش گردید.

همچنین میکرو سختی با مقیاس ویکرز انجام شد.

سختی نمونه های با رنگ تیره مانند را نمی توان توسط این روش به دست آورد(شکل3-7).

شکل(3-7).

a).

دستگاه سختی سنج شور مدلPSH-3 .(b میکرو سختی(مقیاس ویکرز) 3-2-5- زبری سنجی با توجه به اهمیت یکنواخت بودن سطوح آب بند، زبری آنها توسط اندازه گیری شد(شکل3-8).

3-2-6- آزمون خوردگی نمونه های مورد نظر با الکل شسته شد و داخل دسیکاتور خشک و وزن اولیه اندازهگیری شد.

محلول اسید سولفوریک 98 درصد وزنی و بازهیدروکسید سدیم 50 در صد وزنی تهیه شدند.

نمونه های مورد نظر داخل ارلن به صورت غوطه وری و به مدت کافی (150ساعت) قرار گرفتند.

در مدت تماس با محلول با استفاده از یک همزن محلول داخل ارلن با سرعت مناسب، هم زده شد.

پس از آن نمونه ها از محلول خارج شد و با الکل شسته شد و داخل دسیکاتور به مدت 24 ساعت قرار گرفت تا خشک شود.

نمونه ها از دسیکاتور خارج و توسط ترازوی دیجیتال مقدار کاهش وزن نمونه ها، با اندازه گیری وزن نهایی به دست آمد.

با داشتن سطح مقطع تماس، کاهش وزن و زمان انجام آزمون، سرعت خوردگی بر حسب میلی گرم بر سانتیمتر مربع بر سال به دست آمد و سرعت خوردگی نمونه های مورد نظر مقایسه شد(شکل3-9).

شکل(3-9).

آزمون غوطه وری نمونه ها داخل محلول اسید و باز مناسب و با استفاده از همزن 3-2-7- بررسی عملکرد آب بند پس از نصب آب بندها در پمپ، پمپ به مدت کافی عمل پمپاژ آب را انجام داد.

پس از آن آب بند از پمپ باز شد وسطوح واشر های آب بند های مکانیکی بررسی شد(شکل3-10).

سیالی که داخل پمپ قرار گرفت، آب سخت و فشار آنbar 1.5 بود.

شکل(3-10).

تصاویری از پمپ ها .

4- یافته ها 4-1- خواص متالورژیکی آب بند مکانیکی کاربید سیلیسیم 4-1-1- فاز شناسی، آنالیز شیمیایی و بررسی ساختار میکروسکوپی همانطورکه تصاویر نشان می دهد، نقاط تیره در داخل زمینه روشن، توزیع یکنواختی دارد.

نقاط تیره حفراتی هستند که در مراحل تولید قطعه به وجود آمده اند (شکل 4-1 و4-2).

مقایسه آنالیز EDS زمینه و نقاط تیره این مطلب را تایید می کند.

قابل ذکر است وجود تخلخل در سطوح لغزشی آب بندهای مکانیکی، باعث قرار گرفتن سیال در بین سطوح لغزشی و روانکاری آب بند مکانیکی شود.

آنالیز شیمیایی نمونه حضور کربن وسیلیسیم را در قطعه نشان می دهد(شکل 4-3).

برای تعیین فاز مورد نظر آزمایش XRD انجام شد، با توجه به پیک هایی که در آزمایش ظاهر شد و با توجه به آنالیز شیمیایی نمونه، فاز یا ساختار تشخیص داده شد.

فاز مورد نظر SiC می باشد(شکل 4-4).

4-1-2- سختی سنجی نتایج حاصل از سختی سنجی در جدول 4-1 آمده است.

همانگونه که از جدول نتیجه می شود سختی میانگین قطعه حدود 100 در مقیاس شور است.

این اعداد از آزمایش بر روی نقاط مختلف قطعه به دست آمده است.

4-1-3- زبری سنجی نتایج حاصل از زبری سنجی در جدول4-2 آمده است.

عدد زبری میانگین حدود 0.35 میکرومتر به دست آمد.

جدول(4-2).

نتایج زبری سنجی 4-2- نمونه برید تیتانیم-تیتانیم 4-2-1- فاز شناسی، آنالیز شیمیایی و بررسی ساختار میکروسکوپی همانطور که تصاویرمیکروسکوپ نوری SEMنشان می دهد، نقاط تیره در داخل زمینه روشن تخلخل هستند که توزیع یکنواختی آن نسبت به نمونه کاربید سیلیسیم کمتر است و حفرات بزرگتر و تعداد آنها کمتر است(شکل های 4- 5 و4-6).

آنالیز EDS نمونه حضور عناصر تیتانیم، بور و را در نمونه نشان می دهد(شکل4-7).

شکل(4-7).

آنالیز شیمیایی نمونه TiB-Ti آنالیز XRD وجود ترکیبات، بورید تیتانیم و تیتانیم را نشان می دهد(شکل4-8).

شکل(4-8).

فازیابی نمونه TiB-Ti تصاویر SEM، بورید تیتانیم را به صورت تیغه های سفید رنگ و تیتانیم را تیره نشان می دهد (شکل4-9).

شکل (4-9).

تصاویر نمونه TiB-Ti 4-2-2- سختی سنجی با اندازه گیری سختی در مقیاس شور، عدد سختی میانگین93 به دست آمد.

(جدول 4-3).

سختی در مقیاس شور نمونه TiB-Ti ماکرو سختی 1190 ویکرز و میکرو سختی 1500 ویکرز به دست آمد.

4-2-3- زبری سنجی با اندازه گیری زبری، عدد زبری میانگین حدود 32/.0 میکرومتر به دست آمد (جدول 4-4).

عدد زبری میانگین(Ra ) نمونه TiB-Ti 4-3 - بررسی آب بند ها پس از عملکرد در پمپ 4-3-1- بررسی سطوح تصاویر میکروسکوپ الکترونی نمونه ها در شکل4-10 و4-11 آمده است.

شکل (4-10).

تصویر سطوح نمونه SiC پس از کار در پمپ شکل های 4-12 و4-13 تصاویر میکروسکوپ نوری نمونه ها را نشان می دهد.

4-3-2- آنالیز شیمیایی نمونه ها پس از کار در پمپ ترکیب شیمیایی سطح نمونه پس از کار در پمپ SiC تغییر کرد(شکل 4-14).

شکل(4-14).

ترکیب شیمیایی سطح نمونه SiC ترکیب شیمیایی سطح نمونه TiB-Ti تغییرکرد(شکل4-15).

4-3-3- فاز شناسی در نمونه TiB-Ti فاز های جدید تشکیل شد(شکل4-16).

4-4- بررسی سطوح سایش پین روی دیسک در نمونه ها تصویر SEM از نمونه های TiB-Ti، و SiCتهیه شد(شکل های 4-18 و 4-19).

شکل(4-18).

تصویر SEMسطح نمونه SiC شکل(4-19).

تصویر SEM سطح نمونه TiB-Ti همچنین ترکیب شیمیایی در نقاط مختلف از نمونه ها به دست آمد(شکل های 4-20 و 4-21).

شکل(4-20).

ترکیب شیمیایی سطح نمونه SiC شکل(4-21).

ترکیب شیمیای سطح نمونه TiB-Ti 4-5- بررسی رفتار روانکاری با انجام آزمایش پین روی دیسک مقدار ضریب اصطکاک در بارهای مختلف به دست آمد (شکل های 4-22، 4-23 و 4-24).

مقدار ضریب اصطکاک از 25/0 تا30/0 در بار 24 کیلوگرم، 35/.

تا 40/0 در بار 20 کیلوگرم و 15/0 تا 25/0 در بار 28 کیلوگرم برای نمونه SiC به دست آمد.

همچنین مقدار ضریب اصطکاک برای نمونه TiB-Ti از15/0 تا 18/0 در بار 24 کیلوگرم، 12/0 تا14/0 در بار 20 کیلوگرم و 28/0 تا 35/0 در بار 28 کیلوگرم به دست آمد.

سوئیت ولارد (Suite Vollard)؛ تنها ساختمان چرخان در جهان از داخل ساختمان سوئیت ولارد چشم انداز بیرون مدام در حال تغییر است.

تنها با فشار یک دکمه، ساکنین هر آپارتمان می‌توانند دیدی 360 درجه نسبت به چشم انداز اطراف داشته باشند.

مورو (Moro) شرکت سازه مستقر در کورتبیا است که ساختمان سوئیت را ساخته است این ساختمان تنها ساختمان چرخان در جهان می‌باشد.

معماران برونودوفرانس هدایت کننده فنی با مورو، سرجیو سیلکو پروژه را طراحی کرده‌اند که نیاز به داشتن کارشناسان حرفه‌ای در زمینه‌های گوناگون داشته‌اند.

طراحی پیچیده و مرحله آزمایش بیش از یکسال طول کشید.

بعد از هماهنگی کامل بین سیستمهای مکانیکی که آپارتمان را می‌چرخاند و طراحی معماری ساختمان، تیم قالبهای وینیل پنجره را بعنوان بهترین راه حل تکنیکی برای ما، انتخاب کرد، قاب طبقه ای 958 فوت مربعی جانبی، با مهارهای فلزی عمودی متصل به پایه ساخته شده بود.

بخش انتهایی ساختمان بصورت تلسکوپی به راهنمای انحنا داری که توسط دال بتنی محکم شده، چفت و بست شده است.

چفت و بستهای جانبی می‌توانند با هم با قابها به چرخش در آیند.

سیستم چرخدنده‌ها و زنجیرهای چرخان، چرخش را تحت تأثیر قرار می‌دهند.

هر آپارتمان سیستم موتور مستقلی دارد که با استفاده از کنترل از راه دور کار می‌کند.

یک چرخش کامل 360 درجه در جهت عقربه‌های ساعت یا در خلاف عقربه‌های ساعت، یک ساعت طول می‌کشد و سیستم مجهز به دستگاه تایمر می‌باشد.

محدوده بار برای اجرای خوب موتور 150 کیلوگرم فوت بر مترمربع، سرجمع 13 تن است.

در نما مصالح بنایی بکار نرفته است.

نمای کرتین (Curtin) ساخته شده با قابهای وینیل متصل به سازه فلزی چرخان سقف و کف می‌باشد.

نتیجه باورنکردنی بود، برونودوفرانس می‌گوید : ما مشکلاتی با سر و صدا نداشتیم مطابق با گفته او نمای ولارد (Vollard) به مصالح انعطاف‌پذیر نیاز دارد بنابراین نیاز به سازه مقاوم خواهد بود دوفرانس می گوید: وینیل بهترین راه حل برای انعطاف‌پذیری و اجرا و خلق در نمای مناسب می‌باشد.

آپارتمانها 2885 فوت مربع مساحت داشتند که توسط بالکن‌های شیشه‌ای با مساحت 323 فوت مربع از طریق درها به همه اتاقها دسترسی دارند، احاطه شده‌اند.

ناحیه مرکزی آپارتمان که محل قرارگیری آشپزخانه، حمام، اتاق خواب و لباسشوئی و محلی برای کباب پزی است حرکت نمی‌کند.

محصولات متفاوت موندیال، درها و پنجره ها سایبانهای عمودی، جهت دار با حرکت اجزا استفاده شده‌اند.

قالبها مطابق با سیستم شناور نصب شده‌اند بنابراین اتصال بین اجزا وینیل و سازه فلزی آپارتمان وجود نخواهد داشت در نتیجه سر و صدای ناشی از اصطکاک قطع می‌شود شیشه های دو لایه با 3 میلیمتر لعاب + 3 میلیمتر شیشه ضخیم و 10 میلیمتر خلأ عایق کاری شده‌اند.

کمان سنتوری شکل از سایه‌های مختلف شیشه که در هر ربع بصورت متناظر با یک درجه مشخص پدیدار می‌شود.

بنابراین یک چهارم نمای هر آپارتمان پوشیده شده با شیشه رفلکتیو نقره‌ای، یک چهارم با شیشه رفلکتیو سبز ، یک چهارم رفلکتیو برنزی و یک چهارم با رفلکتیو آبی.

مدابیل (Modabile) طراحی وساخت و نصب قالبهای وینیل را انجام داد که از جهت عایق بودن حرارتی و ذخیره بیش از 50 درصد انرژی حتی با استفاده از AC و سیستم‌های حرارتی تضمین شده‌اند.

سر و صدا به حد بین 35 و 50 دسی بل کاهش پیدا کرد.

پروژه و اجرای ساختمان چرخان به توسعه جدیدترین تکنولوژی‌ها برای عملکرد بهتر آن نیاز دارد.

که معمولاً این تکنولوژی‌ها در ساختمان‌های معمولی بکار نمی‌رود.

فرانس دوبو نتیجه می‌گیرد که ما فرصتی داشتیم برای بکار بردن چنین نوآوری‌ها در ساختمان ولارد .

شکل(4-23).

نمودار ضریب اصطکاک بر حسب عمر سایشی در نیروی Kg 20 و سرعت خطیm/s 07/0 الف)SiC ب) TiB-Ti شکل(4-24).

نمودار ضریب اصطکاک بر حسب عمر سایشی در نیروی Kg 28 و سرعت خطیm/s 07/0 الف)SiC ب) TiB-Ti 4-6- بررسی رفتار سایشی مقدار کاهش وزن در مسافت های مختلف برای نمونه ها در بار 24 کیلوگرم به دست آمد(شکل4-25).

نتایج نشان داد که مقدار کاهش وزن در هردو نمونه ناچیز و نزدیک به هم است.

4-7- بررسی رفتار خوردگی نتایج خوردگی برای نمونه ها در جدول 4-5 آمده است.

5- بحث 5-1- مکانیزم فرآیند آلیاژسازی مکانیکی همان گونه که ذکر شد روش آلیاژسازی مکانیکی بر اساس آسیاب کردن مخلوطی از پورد مواد اولیه می باشد و بسته به آلیاژ مورد نظر می توان، مخلوطی از پودر دو یا چند نوع فلز و یا مخلوطی از پودرهای فلزی و غیر فلزی (نظیر کاربیدها، اکسیدها و ...) را استفاده نمود.

در طی این فرآیند مجموعه ای از ذرات پودر مواد اولیه در بین گلوله های آسیاب قرار گرفته و در اثر برخورد گلوله ها با یکدیگر، نیروی ضربه ای شدیدی به ذرات پودر اعمال می گردد.

چنانچه تنش اعمال شده به ذرات پودر به اندازه کافی زیاد باشد ذرات پودر تغییر شکل پلاستیکی داده و برروی یکدیگر پهن می شوند.

در حین فشرده شده ذرات پودر روی یکدیگر لایه اکسیدی موجود در سطح آنها شکسته شده و در نتیجه سطح فلز عاری از اکسید ذرات، در تماس با ذرات دیگر قرار گرفته و به این ترتیب ، اتصال فلز – فلز بین ذرات پودر برقرار می گردد .

این نحوه اتصال ذرات پودر به یکدیگر اصطلاحاً جوش سرد نامیده می شود .

از طرف دیگر در اثر تغییر فرم پلاستیکی زیاد، ذرات پودر کار سخت شده و با افزایش تردی ترک برداشته و نهایتاً شکسته می شوند.

پدیده های فوق که به طور همزمان در حین آلیاژسازی مکانیک رخ می دهند باعث ایجاد تغییر و تحولاتی در ساختار میکروسکوپی و ساختمان داخلی ذرات پودر می گردند که اهم آن عبارتند از: 1- مخلوط شدن ذرات پودر مواد اولیه در اثر جوش سرد و شکست پی در پی ذرات پودر.

2- افزایش قابل ملاحظه نواقص کریستالی بالاخص نابجایی ها در اثر تغییر شکل پلاستیکی شدید ذرات پودر، نتایج نشان می دهد که در شرایط آلیاژسازی مکانیکی چگالی بالایی از نابجایی ها حتی در مواد ترد نظیر ترکیبات بین فلزی نیز بوجود می آید.

3- انتقال جرم به وسیله نفوذ عناصر که می تواند منجر به ایجاد فازها و ساختارهای ثانویه گردد.

فرآیند نفوذ در طی آلیاژسای مکانیکی به وسیله تعداد بسیار زیاد نواقص کریستالی و همچنین افزایش آنی درجه حرارت ذرات پودر تسریع می گردد.

برخورد گلوله ها به یکدیگر و تغییر شکل پلاستیکی ذرات در مدت زمان بسیار کوتاهی (4-10 ثانیه) صورت می گیرد.

پیش بینی می شود آزاد شدن انرژی جنبشی گلوله ها در چنین زمان کوتاهی، افزایش موضعی درجه حرارت به میزان ºC 200-100 را به دنبال داشته باشد.

بدیهی است چنانچه آلیاژسازی مکانیکی همراه با انجام یک واکنش شیمیایی گرمازا نیز باشد، افزایش درجه حرارت به مراتب بیشتر از مقدار فوق خواهد بود.

Guerrero و همکاران مکانیزم لغزش مرزدانه ها را در حین آسیاب، مکانیزم غالب تغییر شکل ذرات، در آساب با انرژی پایین دانسته اند در حین آلیاژسازی مکانیکی اندازه ذرات پودر نیز تعییر می کند.

در اولین مراحل آلیاژسازی مکانیکی به دلیل نرم بودن ذرات پودر مکانیزم غالب جوش سرد می باشد و در نتیجه اندازه ذرات پودر افزایش می یابد که این افزایش تا چند برابر اندازه اولیه ذرات پودر، گزارش شده است .

در ادامه تغییر شکل و کار سخت برروی ذرات پودر، تمایل به شکست، در ذرات پودر افزایش می یابد، در نتیجه در مرحله دوم آلیاژسازی مکانیکی اندازه ذرات پودر کاهش می یابد.

در مرحله سوم و پس از گذشت زمان معینی، حالت پایا بین سرعت جوش سرد و شکست بوجود می آید.

در این شرایط اندازه ذرات ثابت می ماند و دیگر تغییر نمی کند.

به طور کلی در روش آلیاژسازی مکانیکی پارامترهایی نظیر زمان آسیاب کردن ، میزان انرژی جنبشی گلوله ها در هنگام برخورد (انرژی آسیاب)، درجه حرارت و نوع اتمسفر محفظه آسیاب، تاثیر قابل ملاحظه ای برروی فرایندهایی که در طی آلیاژسازی مکانیک رخ می دهد، می گذارند.

به طوریکه با کنترل این عوامل می توان محصول نهایی و ریز ساختار آن را کنترل نمود.