ساخت و مشخصه یابی نانوکامپوزیت (Fe,Ti)3Al-Al2O3 از طریق واکنش احیای هماتیت توسط آلومینیوم

الموضوعات :

مهدی رفیعی ¹ , محمد حسین عنایتی ² , فتح الله کریم زاده ³

1 - دانشگاه ازاد اسلامی، واحد نجف آباد
2 - دانشگاه صنعتی اصفهان، دانشکده مهندسی مواد
3 - دانشگاه صنعتی اصفهان، دانشکده مهندسی مواد

تاريخ الإرسال : 13 الأربعاء , رجب, 1437 تاريخ التأكيد : 21 الثلاثاء , ذو الحجة, 1438 تاريخ الإصدار : 01 الأربعاء , ذو الحجة, 1438

الکلمات المفتاحية: نانوکامپوزیت, آسیاب کاری, آنالیز حرارتی افتراقی, ترکیب بین فلزی,

ملخص المقالة :

در این پژوهش نانوکامپوزیت (Fe,Ti)3Al-Al2O3 از طریق واکنش احیای هماتیت توسط آلومینیوم در حین فرایند آسیاب کاری سنتز شد. بدین منظور پودرهای Al، Ti و Fe2O3 با نسبت اتوکیومتری 1:1:3 در یک آسیاب گلوله ای با هم مخلوط شدند. تغییرات ساختاری ذرات پودر و همچنین مورفولوژی ذرات پودر در زمان های مختلف آسیاب کاری توسط آزمون های پراش پرتو ایکس (XRD) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) مطالعه شدند. عملیات آنیل و همچنین آنالیز حرارتی افتراقی (DTA) جهت بررسی رفتار حرارتی ذرات پودر انجام شد. مشاهده شد واکنش تولید نانوکامپوزیت (Fe,Ti)3Al-Al2O3 در حین آسیاب کاری در دو مرحله اتفاق می افتد. ابتدا احیای هماتیت توسط آلومینیوم و در ادامه واکنش میان عناصر آهن، آلومینیوم و تیتانیوم و تشکیل ترکیب بین فلزی (Fe,Ti)3Al . اندازه دانه و کرنش داخلی ذرات پودر پس از 100 ساعت آلیاژسازی برای فاز Al2O3 به ترتیب برابر با 20 نانومتر و 3 درصد محاسبه شد. همچنین آسیاب کاری به مدت زمان طولانی تر باعث وقوع واکنش احیای هماتیت توسط آلومینیوم قبل از ذوب آلومینیوم در حین آنالیز DTA شد.

المصادر:

 [1]    K. Matsuura, Y. Obara & M. Kudoh, “Fabrication of TiB₂ Particle Dispersed FeAl-based Composites by Self-propagating High-temperature Synthesisˮ, ISIJ. Int., Vol. 46, pp. 871–874, 2006.

 

[2]    B. G. Park, S. H. Ko, Y. H. Park & J. H. Lee, “Mechanical properties of in situ Fe₃Al matrix composites fabricated by MA–PDS processˮ, Intermetallics, Vol. 14, pp. 660-665, 2006.

 

[3]    A. V. Leonov, V. I. Fadeeva, O. E. Gladilina & H. Matyja, “Structure of Al50Ti50−xFex alloys prepared by mechanical alloying and subsequent annealing, Journal of Alloys and Compoundsˮ, Vol. 281, pp. 275–279, 1998.

 

[4]    S. M. Zhu, M. Tamura, K. Sakamoto & K. Iwasaki, “Effect of heating rate on the combustion synthesis of intermetallicsˮ, Mater. Sci. Eng, Vol. 292A, pp. 83–89, 2000.

 

[5]    R. T. Fortnum & D. E. Mikkola, “Effects of molybdenum, titanium and silicon additions on the DO3 ⇄ B2 transition temperature for alloys near Fe₃Alˮ, Mater. Sci. Eng, Vol. 91A, pp. 223–231, 1987.

 

[6]    M. G. Mendiratta, S. K. Ehlers & H. A. Lipsitt, “DO3-B2 phase relations in Fe- Al -Ti alloysˮ, Metall. Trans, Vol. 18A, pp. 509–518, 1987.

 

[7]    N. J. Welham, “Mechanical activation of the formation of an alumina-titanium trialuminide compositeˮ, Intermetallics, Vol. 6, pp. 363-368, 1998.

 

[8]    S. Schicker, D. E. Garcia, I. Gorlov, R. Janssen & N. Claussen, “Wet milling of Fe/Al/Al₂O₃ and Fe₂O₃/Al/Al₂O₃ powder mixturesˮ, J. Am. Ceram. Soc., Vol. 82, pp. 2607–2612, 1999.

 

[9]    D. Horvitz, I. Gotman, E. Y. Gutmanas & N. Claussen, “in situ processing of dense Al₂O₃–Ti aluminide interpenetrating phase compositesˮ, J. Eur. Ceram. Soc., Vol. 22, pp. 947–954, 2002.

 

[10] C. Suryanarayana, “Mechanical alloying and millingˮ, Prog. Mater. Sci., Vol. 46, pp. 1–184, 2001.

 

[11] R. Sedighi, M. Rajabi & S. M. Rabiee, “Synthesis and Thermal Stability of Nanocrystalline Mg-6Al-1Zn-1 Si Alloy Prepared Via Mechanical Alloyingˮ, Journal of Advanced Materials and Processing, Vol. 3, pp. 67-76, 2015.

 

[12]    ع، حیدری مقدم، ح، یوزباشی زاده، و. دشتی زاده و ع، کفلو، "سنتز ترکیب بین فلزی نانوساختار  Zr₃Coبا خاصیت جذب بالا به روش آلیاژسازی مکانیکی"، فصلنامه علمی پژوهشی فرایندهای نوین در مهندسی مواد، سال نهم، شماره سوم، پاییز 1394.

 

[13]    ع، حاج علیلو، ع، سعیدی و م. عباسی، "تولید کاربید تیتانیوم و نانوکامپوزیت TiC-Al₂O₃ با استفاده از روتیل به روش سنتز احتراقی و آلیاژسازی مکانیکی"، فصلنامه علمی پژوهشی فرایندهای نوین در مهندسی مواد، سال چهارم، شماره اول، بهار 1389.

 

[14] D. L. Zhang, Z. H. Cai & G. Adam, “The mechanical milling of Al/TiO₂ compositr powdersˮ, JOM, Vol. 56, pp. 53–56, 2004.

 

[15] M. Khodaei, M. H. Enayati & F. Karimzadeh, “Mechanochemically synthesized Fe₃Al–Al₂O₃ nanocompositeˮ, J. Alloys Compd., Vol. 467, pp. 159–162, 2009.

 

[16] M. Rafiei, M. H. Enayati & F. Karimzadeh, “Mechanochemical synthesis of (Fe,Ti)₃Al-Al₂O₃ nanocomposite, Journal of Alloys and Compoundsˮ, Vol. 488, pp. 144–147, 2010.

 

[17] G. K. Williamson & W. H. Hall, “X-ray Line Broadening from Filed Aluminium and Wolframˮ, Acta. Metall., Vol. 1, pp. 22–31, 1953.

 

[18] E. A. Brandes & G. B. Brook, “Smithells Metals HandBookˮ, Butterworth-Heinemann, Oxford, 1999.

 

[19] M. Rafiei, M. H. Enayati & F. Karimzadeh, “Characterization and formation mechanism of nanocrystalline (Fe,Ti)₃Al intermetallic compound prepared by mechanical alloyingˮ, Journal of Alloys and Compounds, Vol. 480, pp. 392–396, 2009.