توليد پودر كامپوزيتي FeCo-iC به روش سنتز احتراقي 1 3 *1 محمد يعقوبي علي سعيدي رضا ابراهيمي و محمد حسين گلابگير 1- كارشناس ارشد دانشگاه آزاد اسلامي واحد نجفآباد - استاد دانشگاه صنعتي اصفهان 3- استاديار دانشگاه آزاد اسلامي واحد نجفآباد * my844@yahoo.com (تاريخ دريافت: 89/05/9 تاريخ پذيرش: 89/08/10) چكيده كامپوزيتهاي زمينه فلزي تقويت شده با ذرات كاربيد تيتانيم به دليل خواص سايشي عالي در سالهاي اخير مورد توجه قرار گرفتهاند. در اين تحقيق كامپوزيت FeCo-iC به روش سنتز احتراقي و با استفاده از ماده ارزان قيمت فروتيتانيم (به جاي تيتانيم خالص) توليد گرديده است. قرصهايي از مخلوط پودري شامل فروتيتانيم كبالت و گرافيت تهيه شد و سپس در كوره لولهاي با اتمسفر آرگون محترق گرديد. محصول سنتز احتراقي به وسيله پراش اشعه ايكس و ميكروسكوپ الكتروني روبشي مورد ارزيابي قرار گرفت. نتايج نشان داد سنتز احتراقي منجر به تشكيل ذرات ريز و كروي كاربيد تيتانيم ميشود كه به طور مجزا و يكنواخت در زمينه آلياژي آهن- كبالت پخش گرديدهاند. نكته جالب در اين تحقيق اين است كه كبالت دماي شروع سنتز احتراقي سيستم Fei -Co-C را به مقدار قابل توجهي كاهش ميدهد. كاري مخلوط پودري فوق به مدت 5 دقيقه باعث كاهش اندازه ذرات فروتيتانيم و در نتيجه كاهش دما و زمان شروع سنتز ميگردد و حتي دماي شروع سنتز احتراقي به 1080 درجه سانتيگراد ميرسد. ماكزيمم مقدار سختي به دست آمده از نمونههاي سنتز احتراقي شده با %3 تخلخل 760 HV 0.1 بوده است. واژههاي كليدي: كامپوزيت زمينه فلزي كامپوزيت FeCo-iC كاربيد تيتانيم سنتز احتراقي. 1- مقدمه 1 سرمتهاي پايه ic و WC-Co براي ساخت ابزارهاي برش استفاده ميشوند. سرمت WC-Co سختي و تافنس خيلي خوبي دارد ولي عملكرد آن در سرعتهاي برش زياد و دماهاي بالا به سرعت كاهش مييابد. سرمتهاي پايه ic مقاومت به سايش فوقالعاده سختي عالي در دماي بالا پايداري شيميايي خوب ضريب اصطكاك كم و مقاومت به تغيير فرم پلاستيك در دماهاي بالا را دارند از اين رو جايگزين مناسبي براي سرمت WC-Co ميباشند.[1] كامپوزيتهاي زمينه آهني تقويت شده با كاربيد تيتانيم جزء مواد مقاوم به سايش ارزان قيمت هستند []. كاربيد تيتانيم در آهن در دماهاي بالا پايدار و نامحلول است و هيچ گونه فاز
فصلنامه علمي پژوهشي مهندسي مواد مجلسي / سال چهارم / شماره سوم / پاييز 1389 8 سهتايي تشكيل نميدهد [3]. كامپوزيت Fe-iC به روشهاي مختلفي از جمله ريختهگري متالورژي پودر اسپري حرارتي 5 4 3 سنتز احتراقي فرآيندهاي آلومينوترميك و كربوترميك و... توليد گرديده است [4 و 5]. همچنين نانوكامپوزيت Fe-iC به روش آلياژسازي مكانيكي توليد شده است [6 و 7]. در سال 1967 مرزانوف و همكارانش يك روش متفاوت براي بر همكنش فازهاي جامد به نام سنتز احتراقي را كشف نمودند [8]. در فرآيند سنتز احتراقي دستهاي از واكنشها موسوم به واكنشهاي ترميت صورت ميگيرد كه گرماي زيادي آزاد مينمايند. گرماي آزاد شده از اين واكنشها براي راه انداختن فرآيند و تكثير سريع موج احتراق بدون گرماي اضافي كافي است [9]. بارزترين مزاياي فرآيند سنتز احتراقي عبارتند از: الف) توليد محصولات خيلي خالص به دليل دماي واكنش خيلي بالا كه ميتواند ناخالصيه يا با نقطه جوش پايين را تبخير نمايد. ب) گرماده بودن واكنشهاي سنتز احتراقي نياز به فرآيندهاي با وسايل و تجهيزات گران قيمت را رفع مينمايد. ج) زمان كوتاه واكنش بهرهوري را افزايش ميدهد. د) شيب حرارتي بالا و سرعت سرد كردن سريع ميتواند باعث توليد فازهاي غير تعادلي جديد و شبه پايدار شود [4]. ه) ديگر مزيت فرآيند سنتز احتراقي سطوح تقويتكننده عاري از آلودگيهاي مضر است كه منجر به پيوند محكم تقويتكننده و زمينه ميشود [ و 10]. يكي از مشكلات اين روش توليد محصولي متخلخل است بنابراين براي توليد قطعه از اين روش به همراه روشهاي اصلي توليد كامپوزيت مانند ريختهگري متالورژي پودر [ و 11] استفاده ميشود. [10] و واكنشهاي سنتز احتراقي را ميتوان به وسيلهي رقيقسازي مواد اوليه كنترل نمود كه شكل (1) به طور شماتيك حالتهاي مختلف آن را نشان ميدهد [5 و 1]. براي انجام فرآيند سنتز احتراقي واكنش بايد شديدا گرمازا باشد و آنتالپي واكنش در حدود 40 كيلوكالري بر مول يا 16800 ژول بر مول باشد همچنين سرعت جمع شدن گرما بايد بيشتر از شكل (1): شماتيك تا ثير دماي شروع احتراق و درصد رقيق شدن بر روي مكانيزم سنتز احتراقي [9]. سرعت پراكنده شدن گرما باشد وگرنه واكنش فرونشانده ميشود و خودانتشاري انجام نخواهد گرفت [13]. طبق نظر 6 مونير براي خودانتشاري بودن يك واكنش لازم است دماي آدياباتيك ad بالاتر از 1800 كلوين باشد [9]. اين دما را ميتوان از معادلات سادهاي به فرم زير محاسبه نمود: ΔΗ r, i = ad i S Cp d (1) در اين معادله H r,i تغيير آنتالپي واكنش در دماي i و Cp ظرفيت حرارتي محصولات واكنش است. معادله بالا زماني صحيح است كه محصولات واكنش تغيير فاز ندهند. چنانچه دماي آدياباتيك برابر با دماي مذاب محصولات بوده و كسري از محصولات معادل X ذوب شود ميتوان درصد ذوب شدن را از معادله () محاسبه كرد. r, i m ΔΗ = Cp d + XΔΗ i S 0 m () در اين معادله 0 ΔΗ m تغيير آنتالپي ذوب شدن محصولات واكنش است. در نهايت چنانچه گرماي توليدي در اثر واكنش به اندازه كافي بالا باشد كه تمامي محصول واكنش ذوب شده و دماي آدياباتيك از دماي ذوب m تجاوز كند در اين صورت دماي آدياباتيك از معادله (3) محاسبه خواهد شد.
9 - روش تحقيق توليد پودر كامپوزيت FeCo-iC به روش سنتز احتراقي S 0 m ad r, m i i m ΔΗ = Cp d + X ΔΗ + Cp d l (3) در l اين معادله Cp 5] و.[9 ظرفيت حرارتي محصولات است مذاب در دهه گذشته سنتز احتراقي سيستمهاي i-c و Fe-iC به طور گسترده مورد مطالعه قرار گرفته است. سعيدي و همكارانش اثر تعداد زيادي از متغيرهاي فرآيند سنتز احتراقي را بر روي سيستم 8 7 Fe-i-C مورد بررسي قرار دادهاند [14]. چوي و ري اثرات اضافه كردن آهن بر روي سنتز احتراقي ic را بررسي نمودند. نتايج نشان داد اضافه نمودن آهن از صفر تا 40 درصد وزني به مخلوط پودري شامل كربن و تيتانيم شكل ذرات كاربيد تيتانيم را تغيير خواهد داد و شكل آنها از حالت گوشهدار به كروي 9 تبديل ميشود [15]. فن و همكارانش اثر اندازه ذرات واكنشدهنده بر روي سنتز احتراقي سيستم Fe-i-C را بررسي نمودند. نتايج آنها نشان داد كه مخلوط پودري با ذرات تيتانيم ريزتر موجب افزايش دماي احتراق سرعت واكنش دانسيته محصول و اندازه ذرات كاربيد تيتانيم ميشود [16]. در حال حاضر كمپانيهاي معروفي در دنيا مانند كمپاني LSM در انگلستان پودر كامپوزيتي Fe-iC را با نام تجاري فروتيك به روش سنتز احتراقي توليد مينمايند كه ميتواند براي توليد 10 كامپوزيتهاي مقاوم به سايش به عنوان آلياژساز به مذاب چدن يا فولاد اضافه گردد [9]. يكي از معايب فرآيند سنتز احتراقي استفاده از مواد اوليه عنصري گران قيمت مانند تيتانيم است كه باعث شده در دهه اخير بيشتر تحقيقات بر روي توليد كامپوزيت Fe-iC به روشهاي احياي كربوترميك [3 و 17] و آلومينوترميك [18 و 19] و با استفاده از اكسيدهاي ارزان قيمت روتيل و ايلمينيت انجام گيرد. هدف از اين تحقيق توليد كامپوزيت FeCo-iC به روش سنتز احتراقي و با استفاده از ماده ارزان قيمت فروتيتانيم (به جاي تيتانيم خالص گران قيمت) است. عنصر كبالت به منظور افزايش ترشوندگي تقويتكننده و زمينه استفاده گرديده است. مخلوط پودر شامل 64 درصد وزني پودر فروتيتانيم 4/8 درصد وزني پودر كبالت (نسبت مولي كبالت به آهن 1 به 1 است) و 11/ درصد وزني گرافيت (نسبت مولي تيتانيم به كربن 1 به 1 است) تهيه گرديد. جزي يات بيشتر مواد اوليه مصرفي در جدول (1) آورده شده است. اين پودرها به دو صورت دستي و گلولهاي سيارهاي با نسبت وزني گلوله به پودر 0 به 1 با 5 گلوله 10 ميليمتري در محفظهاي از جنس فولاد سخت كرمدار و با سرعت 600 rpm تحت اتمسفر آرگون با خلوص 99/9 درصد به مدت 5 دقيقه مخلوط گرديدند. از هر دو نوع نمونه قرصهايي به قطر 13 و ارتفاع 10 ميليمتر با فشار 50 مگاپاسكال تهيه شد و سپس در كوره لولهاي با اتمسفر آرگون در دماهاي مختلف محترق گرديدند و بدين وسيله دماي شروع احتراق نمونهها اندازهگيري شد. آناليز فازي محصولات احتراق به وسيله دستگاه پراش اشعه ايكس Philips با لامپ كاتدي مسي با طول موج 1/54059 آنگسترم مورد بررسي قرار گرفت. 11 پارامتر شبكه كاربيد تيتانيم به وسيلهي قانون براگ و با استفاده از الگوي پراش اشعه ايكس محاسبه گرديد. براي بررسي مورفولوژي كاربيد تيتانيم محصولات احتراق به ابعاد 3 ميليمتر مانت سرد شد و پس از سنباده و پوليشكاري به وسيله ميكروسكوپ الكتروني روبشي Philips و EDAX مورد ارزيابي قرار گرفت. از نمونههاي مانت شده براي اندازهگيري ميكروسختي توسط دستگاه سختيسنج Buehler استفاده شد. همچنين دانسيته محصولات احتراق به وسيله قانون ارشميدس اندازهگيري گرديد. 3- نتايج و بحث واكنش شيميايي بين تيتانيم و گرافيت در تمام دماها امكانپذير است. براي پيشبيني انجام سنتز احتراقي در سيستم Fei -Co-C دماي آدياباتيك به وسيله اطلاعات ترموديناميكي جدول () و طبق معادله (3) براي واكنش Fei + i + Co + C FeCo + ic محاسبه گرديد.
فصلنامه علمي پژوهشي مهندسي مواد مجلسي / سال چهارم / شماره سوم / پاييز 1389 10 جدول (1): خصوصيات مواد اوليه مصرفي. مواد اوليه خلوص ناخالصيهاي اصلي اندازه ذرات (ميكرون) محل تهيه LSM انگلستان <150 Al, Mg فروتيتانيم ~ %70 i ~ %30 Fe <3 H O, Ni, Cu, Si %99< كبالت چين 1-5 - گرافيت >%99/99 ايران جدول (): اطلاعات ترموديناميكي. نام تركيب دما (كلوين) گرماي تشكيل استاندارد مولي آنتالپي ظرفيت حرارتي در فشار ثابت Cp(J deg mol) -3 48/43 + 3/16 10-3 Cp s = 3/15 + 7/91 10 Cp l = 43/ 6-3 53/01 + 9/6 10 ΔΗ (kj mol) m - ( -/46 = m - 1873) ΔΗ 0 (kj mol) -184/5 - -40/6 98 98 98 ic FeCo Fei جدول (3): جزي يات نمونههاي تهيه شده و زمان و دماي شروع احتراق آنها. نام نمونه زمان شروع احتراق دماي كوره (درجه سانتيگراد) نحوه مخلوط كردن كسر مولي كبالت در زمينه %0 100 واكنش انجام نگرفت S 0 150 40 ثانيه S 1 1100 118 ثانيه S 1090 139 ثانيه S 3 1080 143 ثانيه S 4 1070 واكنش انجام نگرفت S 5 دستي 1150 140 ثانيه S 6 دستي 110 15 ثانيه S 7 1100 واكنش انجام نگرفت دستي S 8 دماي آدياباتيك سيستم فوق (با دماي اوليه 1353 كلوين) 3517 كلوين محاسبه شد. با توجه به اينكه دماي آدياباتيك براي اين سيستم بالاتر از 1800 كلوين است بنابراين از لحاظ ترموديناميكي شرايط براي انجام واكنش سنتز احتراقي فراهم ميباشد. به منظور به دست آوردن دماي شروع سنتز احتراقي ig براي سيستم Fei -Co-C قرصهاي تهيه شده را در كورهي لولهاي در دماهاي مختلف با اتمسفر آرگون قرار داده تا واكنش سنتز احتراقي صورت گيرد. نتايج به دست آمده به طور خلاصه در جدول (3) آورده شده است. همانطور كه ملاحظه ميشود نمونههاي S 4 S 3 S S 1 پس از قرار گرفتن در كوره در دماهاي به ترتيب 1080 1090 1100 150 درجه سانتيگراد در مدت زماني حدود دو دقيقه محترق شدند ولي با قرار گرفتن نمونه S 5 در كوره در دماي 1070 درجه سانتيگراد به مدت 15 دقيقه واكنش سنتز احتراقي صورت نگرفت. بنابراين ميتوان نتيجه
11 توليد پودر كامپوزيت FeCo-iC به روش سنتز احتراقي گرفت كه دماي شروع سنتز احتراقي براي سيستم Fei -Co-C 1080 درجه سانتيگراد بوده است. نمونههايي كه به صورت دستي مخلوط شدهاند (نمونههاي S 6 و S 7 و S) 8 داراي دما و زمان شروع سنتز احتراقي بالاتري نسبت به نمونههاي مخلوط شده با هستند كه علت آن تماس كامل و يكنواخت پودر كربن با ذرات فروتيتانيم در اثر مخلوطسازي با است. نمونهي S 0 شامل پودر فروتيتانيم و كربن (بدون كبالت) با شرايط يكسان با نمونههاي قبلي تهيه گرديد و در كورهي لولهاي با دماي 100 درجه سانتيگراد قرار گرفت و پس از گذشت 15 دقيقه هيچ واكنش سنتز احتراقي مشاهده نشد. بنابراين ميتوان نتيجه گرفت كه عامل كاهش دماي شروع سنتز احتراقي براي سيستم Fei -Co-C عنصر كبالت بوده است. سعيدي و همكارانش بيان كردند كه اگر تيتانيم خالص و كربن در زير دماي 1570 درجه سانتيگراد حرارت داده شوند واكنش سنتز احتراقي صورت نخواهد گرفت ولي با اضافه نمودن مقدار كمي آهن به پودر كربن و تيتانيم خالص ميتوان دماي شروع سنتز احتراقي را به 150 درجه سانتيگراد كاهش داد. آنها علت كاهش دماي سنتز احتراقي را به اين صورت مطرح كردند كه آهن و تيتانيم در حالت جامد واكنش داده و فاز Fei را كه يك تركيب يوتكتيك با نقطه ذوب 1085 درجه سانتيگراد است را تشكيل ميدهند (شكل ). آنها معتقدند كه براي انجام سنتز احتراقي بايد حداقل چند قطره مذاب Fei وجود داشته باشد تا كربن در آن حل شود و فاز سراميكي ic تشكيل گردد. گرماي آزاد شده از تشكيل كاربيد تيتانيم باعث ميشود كه واكنش به صورت خودپيشرونده در سرتاسر نمونه انجام گيرد. بر اساس اين مكانيزم دماي احتراق بايد خيلي نزديك به نقطه ذوب آلياژ Fe-i باشد [14]. 1 مكانيزمهاي پيشنهاد شده توسط كاپالدي و همكارانش [0] چوي و همكارانش [15] شبيه مكانيزم اراي ه شده توسط سعيدي و همكارانش [14] است. دماي شروع سنتز احتراقي در كار موجود به مقدار قابل ملاحظهاي نسبت به دماي به دست آمده در تحقيقات انجام شكل (): دياگرام دوتايي آهن- تيتانيم [1]. گرفته توسط سعيدي و همكارانش پايينتر است. بر اساس مكانيزم اراي ه شده توسط سعيدي ميتوان حدس زد كه در سيستم Fei -Co-C تركيب يوتكتيكي با نقطه ذوب پايينتر از نقطه ذوب Fei تشكيل شده است. همانطور كه گفته شد كبالت عامل كاهش دماي شروع سنتز احتراقي است بنابراين تركيبات يوتكتيكي كه كبالت در اين سيستم ممكن است تشكيل دهد مورد بررسي قرار گرفت. همانطور كه در دياگرام آهن- كبالت (شكل 3) ملاحظه ميشود آهن و كبالت از صفر تا 100 درصد در همديگر حل ميشوند و FeCo را تشكيل ميدهند كه نقطه ذوبي در حدود 1500 درجه سانتيگراد دارد كه بالاتر از نقطه ذوب Fei است. بنابراين واكنش بين آهن و كبالت نميتواند به عنوان عامل شروعكننده سنتز احتراقي در سيستم Fei -Co-C باشد. در دياگرام كبالت- تيتانيم (شكل 4) تركيب يوتكتيك Coi با نقطه ذوب حدود 105 درجه سانتيگراد وجود دارد كه ميتواند عامل كاهش دماي شروع سنتز احتراقي باشد. بنابراين 13 ميتوان گفت در اثر ذوب تماسي بين ذرات كبالت و تيتانيم تركيب يوتكتيك Coi تشكيل ميشود. براي راهاندازي واكنش احتراقي ايجاد تنها يك قطره مذاب Coi كافي است.
فصلنامه علمي پژوهشي مهندسي مواد مجلسي / سال چهارم / شماره سوم / پاييز 1389 1 مذاب Coi بلافاصله پس از تشكيل با كربن واكنش داده و كاربيد تيتانيم توليد ميشود. تشكيل كاربيد تيتانيم گرماي زيادي آزاد ميكند كه باعث ميشود واكنش به صورت خودمتكي در سرتاسر نمونه انجام گيرد. مكانيزم انجام گرفته براي تشكيل كامپوزيت FeCo-iC به طريق سنتز احتراقي را ميتوان به صورت زير خلاصه نمود: Fei + Co Fe + Coi (l) Fe + Coi (l) + C FeCo + ic براي مطمي ن شدن از تشكيل كامپوزيت FeCo-iC به روش سنتز احتراقي نمونهي سنتز شده در بالاترين دما يعني 150 درجه سانتيگراد و نمونهي سنتز شده در پايينترين دما يعني 1080 درجه سانتيگراد به وسيلهي اشعه ايكس مورد بررسي قرار گرفت. الگوهاي پراش اين نمونهها در (شكل 5) نشان داده شده است. همانطور كه در الگوي پراش اشعه ي ايكس دو نمونه ملاحظه ميشود فازهاي كاربيد تيتانيم و محلول جامد آهن-كبالت در هر دو نمونه تشكيل شدهاند و پيكهاي فروتيتانيم كبالت وگرافيت حذف گرديدهاند. البته در الگوي پراش اشعه ايكس نمونه سنتز شده در دماي 1080 درجه سانتيگراد پيك بسيار ضعيف كربن (پيكي كه با فلش مشخص شده است) وجود دارد كه ناشي از دماي احتراق پايينتر در اين نمونه است. كاربيد تيتانيم يك تركيب بيننشين است يعني اتم كربن در فضاهاي خالي بين اتمهاي تيتانيم جاي ميگيرند. اصولا كاربيدهاي بيننشين از جمله كاربيد تيتانيم تركيبات غير استوكيومتري هستند يعني مطمي نا همه فضاهاي بيننشين توسط اتم كربن پر نميشوند. يكي از راههاي به دست آوردن مقدار كربن در كاربيد تيتانيم اندازهگيري پارامتر شبكهي كاربيد تيتانيم و انتقال آن بر روي منحني تغييرات پارامتر شبكه بر حسب ميزان كربن موجود در كاربيد تيتانيم (شكل 6) است [3]. شكل (3): دياگرام دوتايي آهن- كبالت [1]. شكل (4): دياگرام دوتايي كبالت- تيتانيم [].
13 توليد پودر كامپوزيت FeCo-iC به روش سنتز احتراقي شكل (5): الگوي پراش اشعه ايكس نمونههاي سنتز احتراقي شده در دماهاي 1080 و 150 درجه سانتيگراد. كاربيد تيتانيم داراي ساختار مكعبي مانند NaCl است و پارامتر شبكه آن توسط قانون براگ قابل محاسبه ميباشد: λ = dsin θ ( 4) d = a h + k + l ( 5) پارامتر شبكه كاربيد تيتانيم در نمونه سنتز شده در دماي 150 درجه سانتيگراد 4/318 آنگسترم و براي نمونه سنتز شده در دماي 1080 درجه سانتيگراد 4/317 آنگسترم است كه اختلاف زيادي با هم ندارند. در هر حال با استفاده از پارامتر شبكه به دست آمده و اطلاعات شكل (6) ملاحظه ميشود كه كاربيد توليدي استوكيومتري نبوده و به صورت يعني است ic 0.6 مقدار كربن در شبكه كاربيد تيتانيم حدود 60 درصد اتمي است. وجود پيك بسيار كوچك كربن در نمونه S 4 نشان ميدهد غير استوكيومتري بودن كاربيد ناشي از كمبود كربن در سيستم نيست. بررسيهاي ميكروسكوپي از نمونه سنتز احتراقي شده در دماي 150 درجه سانتيگراد ذرات ريز و كروي كاربيد تيتانيم (رنگ تيره) را كه به طور مجزا و يكنواخت در زمينه آهن- كبالت (رنگ روشن) پخش شدهاند را نشان ميدهد. در حالي كه ذرات كاربيدي در نمونه سنتز شده در دماي 1080 درجه سانتيگراد به طور به هم چسبيده (آگلومره) در زمينه هستند. همانطور كه در قسمتهاي قبل اشاره شد محصول سنتز احتراقي شده به دليل بالا بودن دما متخلخل است كه اين تخلخلها در تصاوير ميكروسكوپي نيز به خوبي نشان داده شدهاند (شكل 7). محصول احتراق در دماي 150 درجه سانتيگراد مانت و سپس ميكروسختي آن اندازهگيري گرديد. ماكزيمم مقدار سختي به دست آمده از اين نمونه 760 HV 0.1 گزارش شد. اين مقدار سختي از سختي تك تك مواد اوليه مصرفي بالاتر است كه خود دليلي بر تشكيل كاربيد تيتانيم است. از عوامل مو ثر بر ميزان سختي يك كامپوزيت درصد تخلخل است. بنابراين درصد
فصلنامه علمي پژوهشي مهندسي مواد مجلسي / سال چهارم / شماره سوم / پاييز 1389 14 شكل (6): منحني تغييرات پارامتر شبكه بر حسب ميزان كربن كاربيد تيتانيم [3]. تخلخل نمونهها به وسيله قانون ارشميدس محاسبه گرديد. رابطه ارشميدس به صورت زير تعريف شده است: M D P = (6) M S كه در اين معادله P درصد تخلخل M وزن اشباع در آب D وزن خشك و S وزن غوطهور در آب است. درصد تخلخل نمونه سنتز احتراقي شده در دماي 150 درجه سانتيگراد 3 درصد و براي نمونه سنتز شده در دماي 1080 درجه سانتيگراد 17 درصد ميباشد. علت بالاتر بودن ميزان تخلخل نمونه سنتز شده در دماي 150 درجه سانتيگراد بالا بودن دماي احتراق اين نمونه است. بالا بودن دماي احتراق باعث تبخير ناخالصيها با نقطه جوش پايين ميگردد. 4- نتيجهگيري 1- پودر كامپوزيتي FeCo-iC به روش سنتز احتراقي و با استفاده از ماده ارزان قيمت فروتيتانيم به جاي تيتانيم خالص با شكل (7): تصاوير ميكروسكوپي از نمونههاي سنتز احتراقي شده در دماهاي موفقيت توليد گرديد. الف) 150 و ب) 1080 درجه سانتيگراد. - حضور كبالت باعث كاهش قابل توجهي در دماي شروع سنتز احتراقي سيستم Fei -Co-C ميشود. 3- كاري مخلوط پودري به مدت 5 دقيقه باعث كاهش دما و زمان شروع سنتز ميگردد و حتي دماي شروع سنتز احتراقي به 1080 درجه سانتيگراد ميرسد. 4- گرماي آزاد شده در اثر واكنش سنتز احتراقي بين i و C باعث حل شدن كامل كبالت در آهن ميشود و آلياژ Fe-Co به
15 [6] M. Krasnowski,. Kulik, "Nanocomposites Obtained by Mechanical Alloying in Fe-Al-i-C System", Alloys and Compounds, Vol. 448, pp. 7-33, 008. [7] M. Krasnowski,. Kulik, "Nanocrystalline FeAl Matrix Composites Reinforced with ic Obtained by Hot- Pressing Consolidation of Mechanically Alloyed Powders", Intermetallics Vol. 15, pp. 1377-1383, 007. [8] A. L. Borisova, Yu. S. Borisov, "Self-Propagating High- emperature Synthesis for the Deposition of hermal- Sprayed Coatings", Powder Metallurgy and Metal Ceramics, Vol. 47, Nos. 1-, 008. توليد پودر كامپوزيت FeCo-iC به روش سنتز احتراقي عنوان فاز زمينه توليد ميشود. 5- تصاوير ميكروسكوپ الكتروني روبشي از نمونه سنتز شده در دماي 150 درجهسانتيگراد ذرات ريز كروي و منفرد كاربيد تيتانيم را كه به طور يكنواخت در زمينه آهن- كبالت پخش شدهاند را نشان ميدهند در حالي كه ذرات كاربيدي در نمونه سنتز شده در دماي 1080 درجه سانتيگراد به صورت به هم چسبيده هستند. 6- ماكزيمم مقدار سختي به دست آمده از نمونههاي سنتز احتراقي شده در دماي 150 درجه سانتيگراد 760 HV 0.1 است. 7- درصد تخلخل نمونه سنتز شده در دماي 150 درجه سانتيگراد بالاتر از نمونه سنتز شده در دماي 1080 درجه سانتيگراد ميباشد كه دليل آن دماي احتراق بالاتر است. 5- تشكر و قدرداني بدينوسيله از مسي ول آزمايشگاه آناليز مواد پيشرفته دانشكده مهندسي مواد دانشگاه آزاد اسلامي واحد نجفآباد آقاي مهندس چمي به دليل همكاري صادقانه وصميمانه تشكر و قدرداني ميگردد. ع. سعيدي و م. ع. گلعذار "توليد كامپوزيت كاربيد تنگستن- تيتانيم در زمينه آهني به روش سنتز احتراقي" نشريه استقلال سال 18 شماره 1 ص. 180-171 شهريور.1387 [10] Z. Zhang, P. Shen, Y. Wang, Y. Dong, Q. Jiang, "Fabrication of ic and ib Locally Reinforced Steel Matrix Composites Using a Fe-i-B 4 C-C System by an SHS-Casting Route", Materials Science, Vol. 4, pp. 8350-8356, 007. [11] W. Zhang, X. Zhang, J. Wang, C. Hong, "Effect of Fe on the Phases and Microstructure of ic-fe Cermets by Combustion Synthesis/Quasi-Isostatic Pressing", Materials Science and Engineering A 381, pp. 9-97, 004. [1] A. Saidi, A. Chrysanthou, J. V. Wood, L. F. Kellie, "Preparation of Fe-iC Composites by the hermal- Explosion Mode of Combustion Synthesis", Ceramics International, Vol. 3, Issue, pp. 185-189, 1997. [13] K. C. Patil, S.. Aruna,. Mimani, "Combustion Synthesis: an Update", Current Opinion in Solid State and Materials Science 6, pp. 507-51, 00. [14] A. Saidi, A. Chrysanthou, J. V. Wood, "Characteristic of the Combustion Synthesis of ic and ic-fe Composites", Materials Science, Vol. 9, pp. 4993-4998, 1994. [15] Y. Choi, S. W. Rhee, "Effect of Iron and Cobalt on ic Combustion Synthesis", J. Mater Res. 8 (1), 30-309, 1993. [16] Q. Fan, H. Chai, Z. Jin, "Effects of Particle Size of Reactant on Characteristics of Combustion Synthesis of ic-fe Cermet", Materials Science, Vol. 37, pp. 51-57, 00. [17] I. W. M. Brown, W. R. Owers, "Fabrication, Microstructure and Properties of Fe-iC Ceramic-Metal Composites", Current Applied Physics, Vol. 4, pp. 171-174, 004. [18] D. S. Gowtam, M. Ziyauddin, M. Mohape, S. S. Sontakke, V. P. Deshmukh, A. K. Shah, "In Situ ic Reinforced Austenitic Steel Composite by Self Propagating High emperature Synthesis", Self-Propagating High- emperature Synthesis, Vol. 16, No., pp. 70-78, 007. [19]. K. Bandyopadhyay, K. Das, "Synthesis and Characterization of ic-reinforced Iron-Based Composites Part II on Mechanical Characterization", Materials Science, Vol. 39, pp. 6503-6508, 004. [9] 6- مراجع [1] Y. Li, N. Liu, X. Zhang, C. Rong, "Overview Effect of Mo Addition on the Microstructure and Mechanical Properties of Ultra-Fine Grade ic-in-wc-mo C-Co Cermets'', Refractory Metals & Hard Material, Vol. 6, pp. 190-196, 008. [] S. Fu, H. Xu, "Microstructure and Wear Behavior of (i,v) C Reinforced Ferrous Composite", Materials Engineering and Performance, 009. [3] N. J. Welhum, P. E. Willis, "Formation of in/ic-fe Composites from Ilmenite (FeiO 3 ) Concentrate", Metallurgical and Materials ransactions B, Vol. 9B, pp. 1077-1083, 1998. [4] K. Das,. K. Bandyopadhyay, S. Das, "A Review on the Various Synthesis Routes of ic Reinforced Ferrous Based Composites", Materials Science, Vol. 37, pp. 3881-389, 00. [5] K. I. Parashivamurthy, R. K. Kumar, S. Seetharamu, M. N. Chandrasekharaiah, "Review on ic Reinforced Steel Composites", Materials Science, Vol. 36, pp. 4519-4530, 001.
فصلنامه علمي پژوهشي مهندسي مواد مجلسي / سال چهارم / شماره سوم / پاييز 1389 16 1- Cermets - oughness 3- Combustion Synthesis 4- Aluminothermic 5- Carbothermic 6- Munir 7- Choi 8- Rhee 9- Fan 10- Master alloy 11- Bragg 1- Capaldi 13- Contact Melting 7- پينوشت [0] M. J. Capaldi, A. Saidi, J. V. Wood, "Reaction Synthesis of ic and FeiC Composites", ISIJ Int. 37, pp. 188-193, 1997. [1] ASM handbooks, Volume 3, Alloy Phase Diagrams, Ninth Edition, 199. [] P. Nash, H. Choo, R. B. Schwarz, "hermodynamic Calculation of Phase Equilibria in the i-co and Ni-Sn Systems", Materials Science, Vol. 33, pp. 499-4936, 1998. [3] H. O. Pierson, "Handbook of Refractory Carbides and Nitrides", Sandia Park, New Mexico, 1996.