تولید نانو پودر کامپوزیتی نیکل-کاربید وانادیم از مواد اولیه اکسیدی به روش مکانوشیمیایی

محورهای موضوعی : سنتز مواد

امیرحسین امامی ¹ , سید کمال حسینی ² , دانیال داودی ³

1 - استادیار، مرکزتحقیقات مواد پیشرفته، دانشکده مهندسی مواد، واحد نجف آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف آباد، اصفهان، ایران
2 - دانشگاه آزاد اسلامی واحد نجف آباد
3 - باشگاه پژوهشگران جوان و نخبگان، واحد نجف آباد، دانشگاه آزاد اسلامی

تاریخ دریافت : 1395/06/08 تاریخ پذیرش : 1397/12/13 تاریخ انتشار : 1397/12/01

کلید واژه: نانو کامپوزیت, نیکل, مکانوشیمیایی, کاربید وانادیم, سنتز خود پیشرونده,

چکیده مقاله :

هدف از این پژوهش تولید نانو پودر کامپوزیت نیکل-کاربید وانادیم که به عنوان یک هارد متال شناخته می‌شود از مواد اولیه اکسیدی و عامل احیایی منیزیم به روش مکانوشیمیایی می‌باشد. با توجه به دمای آدیاباتیک واکنش (T=3964 K)، این واکنش از نوع سنتز خود پیشرونده یا MSR می‌باشد. مواد اولیه طبق واکنش استوکیومتری با نسبت (1:1:6:2) به ترتیب برای اکسید نیکل، اکسید وانادیم، منیزیم و گرافیت مخلوط شدند. آسیا کاری نمونه‌ها در یک آسیا سیاره‌ای پر انرژی با نسبت وزنی پودر به گلوله 1:20 تحت آتمسفر گاز آرگون انجام شد. پس از 40 دقیقه آسیا کاری احتراق در محفظه آسیا اتفاق افتاد. با توجه به نتایج پراش پرتو ایکس پس از احتراق محصولات مورد نظر یعنی نیکل، کاربید وانادیم و اکسید منیزیم که یک محصول جانبی واکنش می‌باشد به طور کامل تولید شده است. جهت حذف فاز اکسید منیزیم از HCl با غلظت 9% استفاده گردید. اندازه بلورک و کرنش از روش ویلیامسون- هال محاسبه و به ترتیب برای نیکل و کاربید وانادیم اندازه بلورک و کرنش شبکه 40 نانو متر، 0.00595 و 54 نانو متر، 0.00615 به دست آمد.

چکیده انگلیسی:

This research aims to produce Ni-Vanadium Carbide composite nano powder, known as a hard metal, from oxide raw materials and magnesium as a reductant, using mechano-chemical method. With regard to the adiabatic temperature (T=3964 K), this reaction is a mechanically induced Self-sustaining (MSR) type. Raw materials were mixed according to stoichiometry reaction with a ratio of (1:1:6:2) for Nickel oxide, Vanadium oxide, Magnesium and graphite respectively. Milling was carried out in a planetary ball mill with a powder to ball ratio of 1:20 under argon gas atmosphere. After 40min of milling, combustion occurred out in the mill chamber. With regard to the results of X-ray difraction after the combustion, the intended products; that are, Nickel, Vanadium Carbide and Magnesium Oxide which is by-product of the reaction, were completely produced. HCl with a concentration of 9% was used to remove the magnesium oxide phase. The crystallite size and lattice strain were calculated using Williamson-Hall method, and the crystallite size and lattice strain of Ni and Vanadium Carbide were obtained 40nm, 0.00595, 54nm, 0.00615, respectively.

منابع و مأخذ:

 [1]     Q. Xu, J. Zhao, X. Ai, W. Qin, D. Wang & W. Huang,“Effect of Mo₂C/(Mo₂C + WC) weight ratio on the microstructure and mechanical properties of Ti(C,N)-based cermet tool materials”, Journal of Alloys and Compounds, Vol. 649, pp. 885-890, 2015.

 

[2]     X. Chen, J. Xu & Q. Xiao, “Cutting performance and wear characteristics of Ti (C, N)-based cermet tool in machining hardened steel”, International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, Vol. 52, pp. 143-150, 2015.

 

[3]     S. Zhou, C. Luo, XX. Wu, L. Zhu & J. Tan, “Preparation of Ni–Mo–C/Ti(C,N) coated powders and its influence on the microstructure and mechanical properties of Ti(C,N)-based cermets”, Ceramics International, Vol. 41, pp. 9259- 9264, 2015.

 

[4]     J. Xu, B. Zou, S. Zhao, Y. Hui, W. Huang, X. Zhou, Y. Wang, X. Cai & X. Cao, “Fabrication and properties of ZrC–ZrB₂/Ni cermet coatings on a magnesium alloy by atmospheric plasma spraying of SHS powders”, Ceramics International, Vol. 40, pp. 15537-15544, 2014.

 

[5]     K. Mandel, M. Radajewski & L. Krüger, “Strain-rate dependence of the compressive strength of WC–Co hard metals”, Materials Science and Engineering: A, Vol. 612, pp. 115-122, 2014.

 

[6]     S. Sinan Akkaya, E. Sireli, B. Alkan, M. Kursat Kazmanli & M. Ürgen, “Effect of cathodic arc plasma treatment on the properties of WC–Co based hard metals”, Surface and Coatings Technology, Vol. 206, pp. 1759-1764, 2014.

 

[7]     I. Sugiyama, Y. Mizumukai, T. Taniuchi, K. Okada, F. Shirase, T. Tanase, Y. Ikuhara & T. Yamamoto, “Three-dimensional morphology of (W, V) Cx in VC-doped WC–Co hard metals”, Scripta Materialia, Vol. 69, No. 6, pp. 473-476.

 

[8]     S. Norgren, J. García, A. Blomqvist & L. Yin, “Trends in the P/M hard metal industry”, International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, Vol. 48, pp. 31-45, 2015. 

 

[9]     M. D. Sacks, C. A. Wang, Z. H. Yang & A. Jain, “Carbothermal reduction synthesis of nanocrystalline zirconium carbide and hafnium carbide powders using solution-derived precursors”, Journal Materials Science, Vol. 60, pp. 75-66, 2004.

 

[10] X. G. Wang, J. X. Liu, Y. M. Kan & G. J. Zhang, “Effect of solid solution formation on densification of hot-pressed ZrC ceramics with MC (M =V, Nb, and Ta) additions”, Journal of the European Ceramic Society, Vol. 32, pp. 1795-1802, 2012.

 

[11] J. Zhihong, L. Ye, T. Xueyu, H. Li, W. Qiu, T. Cai, Y. Jiang & T. Zhao,“Synthesis of ordered mesoporous ZrC/C nanocomposite via magnesiothermic reduction at low temperature”, Materials Letters, Vol. 71, pp. 88-90, 2012.

 

[12] D. Davoodi, S. A. Hassanzadeh-Tabrizi, A. H. Emami & S. Salahshour, “A low temperature mechanochemical synthesis of nanostructured ZrC powder by a magnesiothermic reaction”, Ceramics International, Vol. 41, pp. 8397- 8401, 2015.

 

[13] C. Suryanarayana, “Synthesis of nanocomposites by mechanical alloyingˮ, Journal of Alloys and Compounds, Vol. 509, pp. 229-234, 2011.

 

[14] C. Suryanarayana, “Mechanical alloying and millingˮ, Progress Materials Science, No. 46, pp. 1-184, 2001.

 

[15] P. Balaz, “Mechanochemistry in Nanoscience and Minerals Engineering”, 1st ed. Springer Berlin, Heidelberg, Germany, 2008.

 

[16] L. Takacs, “Self-sustaining reactions induced by ball milling: an overview”, International Journal SHS, No. 18, pp. 276-282, 2009.

 

[17] G. K. Whlliamson & W. H. Hall, “X-ray broadening from field aluminium and wolfram”, Acta Metallurgica, Vol. 1. pp. 22-31, 1953.

 

[18] O. Kubaschewski, C. B. Alcock & P. J. Spencer, “Materials Thermochemistry”, Pergamon Press, Oxford, 1993.

 

[19] S. A. Hassanzadeh-Tabrizi, D. Davoodi, A. A. Beykzadeh & A. Chami, “Fast synthesis of VC and V₂C nanopowders by mechanochemical combustion method”, International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, Vol. 51, pp. 1-5, 2015.

 

[20] O. Torabi, R. Ebrahimi-Kahrizsangi, M. H. Golabgir, H. Tajizadegan & A. Jamshidi, “Reaction chemistry in the Mg–B₂O₃–MoO₃ system reactive mixtures”, International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, Vol. 48, pp. 102-107, 2014.

 

[21] O. Torabi, M. H. Golabgir, H. Tajizadegan & H. Torabi, “A study on mechanochemical behavior of MoO₃–Mg–C to synthesize molybdenum carbide”, International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, Vol. 47, pp. 18-24, 2014.

 

[22]    ع. زلفی گسمونی، ع. سعیدی و س. ا. ح. امامی، "بررسی تاثیر همزمان کربن و روی بر فرآیند احیای مکانوشیمیایی اکسید مس"، فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، سال 9، شماره 4، 1394.

 

[23]    د. داودی، س. ا. ح. امامی و ع. سعیدی، "تولید و بررسی خواص مکانیکی پودر نانوکامپوزیت آلومینیوم 7014/آلومینا به روش آلیاژسازی مکانیکی"، فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، سال 9، شماره 4، 1394.