2-6-6 اتصال الکتروستاتیکی 19

2-7 – طبقه بندی اتصالات شیشه – فلز بر اساس ضریب انبساط حرارتی 20

2-8- مکانیزم اتصال کوار به شیشه بوروسیلیکاتی 22

2-9 – مراحل اتصال فلز و شیشه 23

2-9-1- تمیز کردن سطوح 23

2-9-2- پیش اکسیداسیون سطح آلیاژ  قبل از اتصال 23

2-9-3- کربن زدایی و گاززدایی 26

2-9-4- آنیل کردن 27

2-10- بررسی فصل مشترک اتصال کوار و شیشه 28

2-12- بررسی اکسیداسیون آلیاژ کوار 29

2-13- بررسی تاثیر دما، زمان و اتمسفر در اتصال کوار به شیشه بوروسیلیکاتی 31

2-14- تست نشت 36

2-15- بررسی سطح مقطح اتصالات 37

2-16- بررسی استحکام برشی اتصال کوار به شیشه بوروسیلیکاتی 39

2-17- تست مکانیکی اتصال فلز و شیشه 41

2-17-1- استحکام اتصال 43

2-17-2- تست ضربه در  اتصال فلز- شیشه 44

2-17-3 – تست کشش در اتصال شیشه و فلز 47

فصل سوم : روش انجام کار 49

3-1-برقراری اتصال میان شیشه بوروسیلیکاتی و آلیاژ کوار 50

3-1-1- تهیه مواد اولیه 50

3-1-2- آماده سازی اولیه نمونه ها به منظور برقراری اتصال 50

3-1-3-پرداخت و تمیز کاری 51

3-1-4- اکسیداسیون آلیاژ کوار در اتمسفر N₂-H₂-H₂O 52

3-1-5- مراحل اکسیداسیون آلیاژ کوار در اتمسفر N₂-H₂-H₂O 53

3-2- اتصال شیشه ی بوروسیلیکاتی و آلیاژ کوار 55

3-2-1- فرایند اتصال در اتمسفر نیتروژن به روش تابشی در کوره تیوبی 55

3-2-3- برقراری اتصال از طریق گرمادهی القایی در اتمسفر نیتروژن 60

 

3-3- اندازه گیری استحکام کششی نمونه های اتصال یافته 62

فصل چهارم: نتایج و تحلیل 64

4-1- نتایج تست دیلاتومتری 65

4-2- نتایج انجام اکسیداسیون در اتمسفر کنترل شده  N₂-H_2-H₂O 69

4-3- بررسی مکانیزم اتصال ایجاد شده بین شیشه بورو سیلیکاتی و آلیاژکوار 72

4-4- نتایج آزمون کشش نمونههای اتصال 73

نتیجه گیری 81

پیشنهادات 82

منابع و ماخذ 83

 

 

 

فهرست جداول

عنوان مطالب                                                                                       شماره صفحه

جدول 2-1 ، ترکیب شیمیایی شیشه بوروسیلیکات 8

جدول 2-2 تركیب شیمیایی آلیاژ كوار 9

جدول2-3، پارامترهای استفاده شده برای سه گروه از نمونه ها 31

جدول 2-4،  تنش شکست متوسط بر حسب اتمسفر 40

جدول2-5، میزان نیرو و تنش برای تست ضربه 47

جدول 3-1، ترکیب شیمیایی آلیاژ کوار 50

جدول 3-2، ترکیب شیمیایی شیشه بوروسیلیکاتی 50

جدول 3-3، شرایط اکسیداسیون سطح کوار 53

جدول 3-4، شرایط نگهداری نمونه ها در کوره 59

جدول 3-5، زمان و دمای نگهداری نمونه ها 59

جدول4-1، ضرایب انبساط حرارتی در دماهای مختلف برای شیشه 65

جدول 4-2، شرایط اکسیداسیون و افزایش وزن نمونه های اکسید شده در اتمسفر در دمای 20 درجه 70

جدول 4-3، شرایط اکسیداسیون وافزایش وزن نمونه های اکسید شده در اتمسفر در دمای 25 درجه 70

جدول 4-4، نیروی شکست لازم برای نمونه ها در زمان ثابت و دماهای متفاوت 76

جدول 4-5، نیروی شکست نمونه ها در دمای ثابت 1000 درجه و زمانهای مختلف 79

 

 

 

 

 

 

 

 

 

یک مطلب دیگر :

 

فهرست شکل ها

عنوان مطالب                                                                                                شماره صفحه

 

شکل2-1، متمرکزکننده سهمی گون، لوله های گیرنده روی خط کانونی قرار گرفته اند 4

شکل2-2، شمایی از لوله گیرنده خورشیدی 5

شکل 2-3، تنشهای حرارتی باقیمانده در فرایند اتصال سرامیک و فلز 10

شکل2-4، ترشوندگی سطح جامد توسط مایع برای زوایای مختلف‏ 11

شکل2-5، زاویه تماس بین شیشه بوروسیلیکات و آلیاژ کوار  با پیش اکسیداسیون در زمان های مختلف 12

شکل 2-6، تصویر الکترون برگشتی و پراش اشعه ایکس از ناحیه اتصال‎ ‎کوار و شیشه بوروسیلیکاتی‏ 13

شکل 2-7، زاویه ترشوندگی ‏q، با انرژی سطحی مایع – بخار ‏gLV‏ ، انرژی سطحی جامد – بخار ‏gSV‏ و انرژی سطحی جامد – ‏مایع  ‏gSL‏ ‏‏‏ 15

شکل 2-8- جوش انقباضی ـ آلتراسونیک 17

شکل2-9، مکانیزم اتصال نفوذی(القایی) 18

شکل 2-10، اتصال الکتروستاتیکی‏ 20

شکل 2-11، طبقه بندی اتصالات شیشه – فلز بر اساس ضریب انبساط حرارتی‏ 21

شکل 2-12، میکروساختار آلیاژ کوار 24

شکل 2-13، پراش پرتو ایکس آلیاژ کوار که با نمونه های مورد استفاده در تیوب اشعه ایکس  پزشکی و دندان پزشکی مقایسه ‏شده است 25

شکل 2-14، تصویر الکترون های برگشتی و ‏EDX‏  آلیاژ ‏Fe-Ni-Co‏ 25

شکل2-15، ضخامت و افزایش وزن آلیاژ پیش اکسید شده با شعله نازل ‏LPG/O2‎‏ 26

شکل2-16، تغییرات وزن آلیاژ کوار با زمان دی کربوره شدن‏ 27

شکل2-17، پراش اشعه ایکس از سطح مقطه آلیاژ کوار پیش اکسید شده 28

شکل 2-18، ارتباط بین نرخ اکسایش و زمان نگهداری 29

شکل 2-19، میکروگراف لایه اکسید بر سطح آلیاژ کوار در دمای 700 درجه سانتی گراد 30

شکل 2-20، میکروگراف لایه اکسید تشکیل شده بر سطح کوار در دمای 800 درجه سانتی گراد 30

شکل 2-21، نمونه های گروه‎ A‏ آلیاژ اکسید شده کوار که در دمای 925 درجه گرم شده و به مدت 15 دقیقه در کوره در ‏اتمسفر نیتروژن نگه داشته ‏شده است 31

شکل 2-22، نمونه های گروه‎ B‏ آلیاژ اکسید نشده کوار که در دمای 925 درجه گرم شده و تنها فقط  به مدت 15 دقیقه در ‏کوره در اتمسفر نیتروژن ‏نگه داشته شده است ‏ 31

شکل2-23، بررسی سطح مقطع اتصال توسط ‏SEM-BEI‏ و اسکن خطی ‏X-ray‏ در اتمسفر هوا 32

شکل2-24، بررسی سطح مقطع اتصال توسط ‏SEM-BEI‏ و اسکن خطی ‏X-ray‏ در اتمسفر خلا ‏ 33

شکل 2-25، تصویر ‏SEM‏ دندریت های تشکیل شده در اتمسفر هوا   34

شکل2-26، گراف آنالیز ‏EDS‏ شیشه بوروسیلیکاتی (‏b‏) بعد و (‏c‏) قبل از اتصال 34

شکل 2-27، تصویر ‏TEM‏ اتصال و تشخیص فاز های تشکیل شده به کمک الگوی پراش موضعی ‏ 35

شکل 2-28،تصویر ‏TEM‏ اتصال در شرایط اتمسفر خلاء و شناسایی فاز های موجود به کمک الگوی پراش موضعی 35

شکل2-29، شماتیک فرایند تشکیل دندریت های ‏Fayalite‏ از طریق لایه واسطه 36

شکل2-30، سطح مقطع اتصال کوار- شیشه بوروسیلیکاتی 38

شکل 2-31، ارتباط ارتفاع صعود گاز و زمان اکسیداسیون.‏ 39

شکل 2-32، ارتباط نقطه شبنم با میزان صعود گاز 39

شکل 2-33، آنالیز ‏ESCA‏ سطح شکست نمونه تهیه شده در نیتروژن 40

شکل 2-34، شماتیک اتصال ، لایه واکنش و تمامی عیوب محتمل‏ 42

شکل2-35، انواع مختلف تست های مکانیکی  ‏a‏) تست کشش، ‏b‏) تست خمش سه نقطه ای، ‏c‏) تست خمش چهار نقطه ای، ‏d‏) ‏تست برشی، ‏‎ e‏) ‏تست برش روی حلقه یا استوانه 43

شکل 2-36، تست فشار در ناحیه اتصال.‏ 44

شکل 2-37، تنشهای اصلی در اتصال فلز و شیشه 44

شکل 2-38، مدل سازی شدت تنشهای کششی در اتصال فلز شیشه.‏ 45

شکل 2-39، نحوه بارگذاری برای تعیین تنشها 46

شکل2-40،  منحنی نیرو در دمای اتاق و 300 درجه فارنهایت.‏ 47

شکل 2-41تست كشش اتصال شیشه – فلز 48

شکل 3-1، نمونه اتصال 51

شکل 3-2، گرادیان حرارتی کوره تیوبی.‏ 52

‏3-‏‎3‎‏ تغییرات تقریبی درصد وزنی رطوبت اشباع شده در هوا یا گاز نیتروژن نسبت به دما( با اغماض می توان میزان حلالیت آب ‏در هوا و ‏نیتروژن ‏‏را یکسان دانست) 54

شکل 3-‏‎4‎‏ ، کوره تیوبی 56

شکل 3-5، دستگاه دیلاتومتری 57

شکل 3-6، نمونه بسته شده بر روی انتقال دهنده 57

شکل 3-7، نمای بیرونی دستگاه القای ساخته شده 61

شکل 3-8، نمای داخلی دستگاه القای ساخته شده 62

شکل 3-9، دستگاه کشش 63

شکل 4-1، منحنی آزمون دیلاتومتری برای شیشه بوروسیلیکاتی محصول شات آلمان 66

شکل 4-2، نرخ انبساط حرارتی شیشه و فلز 67

شکل 4-3، نرخ انبساط حرارتی شیشه و کوار ، نمونه شماره 1‏ 68

1-1- مقدمه 11

فصل 2: مروری بر منابع 14

2-1- فولادهای آلیاژی 15

2-2- فرآیندهای عملیات حرارتی مرسوم فولاد AISI 4135 17

2-3- تعیین دماهای بحرانی با استفاده از ترکیب شیمیایی فولاد 19

2-4- عملیات حرارتی بین بحرانی 20

2-5- عملیات حرارتی بین بحرانی از دیدگاه نمودار آهن – کربن 20

2-6- عملیات حرارتی بین بحرانی از دیدگاه ترمودینامیک و استحاله فازی 21

2-6-1-تشکیل آستنیت جزیی 22

2-6-2- سینتیک تشکیل آستنیت در فولادهای دو فازی 23

2-6-4- معادله دیفرانسیلی سینتیک تعمیم یافته آورامی در تجزیه چند فازی 23

2-6-4-1-تخمین پارامترهای مدل چند فازی 25

2-6-4-2- اثر پارامترهای ریزساختاری روی سرعت تجزیه فرآیند 26

2-6-5- استحاله آستنیت به مارتنزیت 27

2-7- محیط های کوئنچ 29

2-7-1- اندازه گیری منحنی های سرمایش دما – زمان کوئنچ کردن 29

2-7-2- مقایسه منحنی سرمایش آب-روغن 31

2-8- محیط پلیمری 31

2-8-1- اندازه پلیمر 37

2-8-2- اثرات ویسکوزیته محلول های پلیمری 38

2-8-3- تعیین شدت کوئنچ محلول های پلیمری 40

2-8-4- فاکتورهای موثر بر پایداری پلیمر 43

2-8-5- مقایسه منحنی های سرمایش آب- محلول پلیمری 45

2-9- مطالعه فرآیند تمپر کردن در فولادهای با ساختاردو فازی 46

 

2-10- تردی مارتنزیت تمپر شده 49

2-10-1- تاثیر عملیات حرارتی بین بحرانی بر تردی ناشی از تمپر کردن 52

2-11- بررسی های دیلاتومتری و پراش اشعه ایکس مراحل تمپر کردن 53

2-12- بررسی های ریزساختاری فرآیند تمپر کردن در فولاد های دو فازی 58

2-13- شکست 61

2-14- درصد شکست ترد یا نرم از طریق بررسی سطح شکست 65

2-15- اندازه گیری چقرمگی شکست کرنش صفحه ای (_IC K) 67

2-15-1- اثر متغیرهای متالورژیکی بر K_IC 72

فصل 3: روش تحقیق 76

3-1- تهیه نمونه 77

3-2- تعیین دماهای بحرانی 77

3-3- عملیات حرارتی های بین بحرانی 77

3-5-1- نرماله بین بحرانی 78

3-5-2- بین بحرانی آستنیته شده 78

3-5-3- مارتنزیت بین بحرانی 79

3-5-4- بین بحرانی مستقیم 79

3-4- متالوگرافی نمونه ها 79

3-5- آزمایش های مکانیکی 80

3-7-1- سختی 80

3-7-2-کشش 80

3-7-3- ضربه 81

3-6- بررسی سطوح شکست 82

مراجع 83

پیوست ها 87

 

 

• مقدمه

 

یک مطلب دیگر :

 

 

• مقدمه

خواص مکانیکی متنوع فولادها باعث شده است که این آلیاژها جایگاه ویژه ای را در صنایع مختلف به خود اختصاص داده و به عنوان یک محصول استراتژیک در نظر گرفته  شوند . در میان فولادها ، فولادهای مافوق مستحکم جایگاه ویژه ای در مصارف صنعتی دارند . از این دسته ، فولادهای کم آلیاژ با کربن متوسط را می توان نام برد . کاربرد این فولادها غالباً در پمپ ها ، اتصال ها ، محورها و چرخ دنده ها بوده و همچنین به علت قابلیت سختی پذیری زیاد و چقرمگی و شکل پذیری مناسب ، در اجزای با مقاطع بزرگ و نیز صنایع هوا و فضا که از آن جمله می توان به مخازن تحت فشار و مخازن CNG اشاره کرد]3-1[ .

در تمامی استانداردهای مربوط به طراحی و ساخت مخازن CNG ، ترکیب های پیشنهادی از انواع تمام فلزی (نوع اول) ، فلزی – کامپوزیتی (نوع دوم و سوم) و تمام کامپوزیتی (نوع چهارم) طبقه بندی شده است . امروزه آنچه به چالشی مهم در به کارگیری مخازن CNG در صنایع مختلفی چون صنایع خودروسازی و هوافضا تبدیل شده است بحث کاهش وزن مخازن تمام فلزی است.

گزارشات رسیده از موسسه گاز آمریکا به دفتر انرژی موسسه AAT در سال 2000 حاکی از این مهم بوده که هزینه صرف شده برای مجهز کردن خودروهای سواری به سیستم گاز سوز با مخازن سبک (نوع سوم و چهارم) حدود 70 درصد قیمت تمام شده خودرو بوده است که از این 70   درصد ، 50 درصد صرف تامین مواد خام اولیه می گردد . از اینرو تحقیقات گسترده ای برای سبک کردن مخازن نوع اول و دوم که به لحاظ قیمت ارزان ترین هستند در حال انجام است ]9-4 [.

تا کنون آنچه برای کاهش قیمت مخازن اول و دوم صورت گرفته ، بیشتر در قالب اصلاح فرآیندهای ساخت ، انتخاب مواد مناسب و انتخاب روش های مناسب عملیات حرارتی بوده است . در تمامی این موارد ، ایجاد خواص مکانیکی مناسب و بهبود خواص شکست ، هدف اصلی در بهبود یا کاهش وزن بوده است . در مخازن CNG همچون سایر مخازن تحت فشار ، کمپرسورها و نیروگاه های اتمی ، تخمین پارامترهای مکانیکی از جمله چقرمگی شکست و بهبود آن ، امری ضروری و اجتناب ناپذیر است . عمر مفید مخازن تحت فشار بر نحوه بارگذاری ، تنش های باقیمانده و بارگذاری سیکلی متاثر از جنس مواد و ریزساختار آنهاست . تغییرات خواص مکانیکی در حین سرویس دهی ، از موارد مهمی است که ریزساختاری که بتواند خواص بهینه و همزمان استحکام و چقرمگی شکست را تامین کند ، مارتنزیت تمپر شده معرفی شده است .

امروزه معلوم شده است که این ریزساختار برای آن دسته از مخازن تحت فشار که تحت     بارگذاری های چرخه ای قرار دارند ساختار مناسبی نمی باشد .

فولادهای AISI 4130 و AISI 4140 از جمله فولادهای فوق مستحکم کربن متوسط[1] هستند که در ساخت مخازن CNG از آنها استفاده می شود ]12-10[ .

تا به امروز در فولادهای کم آلیاژی پراستحکام سه روش آلیاژسازی ، کنترل پارامترهای عملیات ترمومکانیکی در فولادهایی که فرآیند ساخت آنها شامل فرآیند شکل دهی گرم می باشد و عملیات حرارتی برای بهبود چقرمگی شکست و خواص مکانیکی شناخته شده است . از عملیات حرارتی به علت آسانی و کم هزینه بودن بیش از سایر روش ها استفاده شده است . بر اساس مطالعات انجام گرفته ، بهبود چقرمگی شکست فولادهای فوق مستحکم کربن متوسط ، با فرآیند عملیات حرارتی را می توان از دو جنبه مورد ارزیابی قرار داد . نخست آنچه برای بهبود خواص مکانیکی مورد توجه قرار گرفته است مربوط به پارامترهای فرآیند بوده است .

ترکیب های سیکلی مختلفی از دمای آستنیته کردن ، زمان آستنیته کردن ، محیط سرد کردن و غیره از جمله فاکتورهای موثر بر خواص مکانیکی بوده اند که به چند روش مهم اشاره می شود.

از روش های مورد استفاده برای بهبود چقرمگی شکست فولادهای پراستحکام ، عملیات آستنیته کردن در دمای بالاست (HTA)[2] ، محققان با مقایسه خواص مکانیکی و چقرمگی شکست فولادهای ریختگی و فورج شده پر استحکام ، اثر ریزساختار ناشی از عملیات HTA بر خواص شکست فولاد را مورد ارزیابی قرار داده اند.

در عملیات مذکور با آستنیته کردن یک نوع فولاد فوق مستحکم کربن متوسط در دماهای بالاتر(C°1200) از دمای مرسوم آستنیته کردن (  870) ، چقرمگی شکست فولاد افزایش چشمگیری پیدا کرد ، در حالی که انعطاف پذیری و نرمی فولاد کاهش یافت ]15-13[.

با درشت شدن دانه های آستنیت اولیه به واسطه افزایش دمای آستنیته کردن ، جدایش عناصر ناخالصی اتفاق افتاده که باعث تردی فولاد می گردد.

به منظور مرتفع شدن عیوب حاصل از روش HTA به ویژه ترک هایی ناشی از کوئنچ ، روش DA[3] برای بهبود خواص پیشنهاد شد]16[ .

این عملیات شامل دو مرحله آستنیته کردن بود که ابتدا فولاد در دمای بالا و سپس در دمای مرسوم تحت عملیات آستنیته کردن قرار می گرفت . روش دیگری که مورد توجه قرار گرفت روش آستنیته کردن چرخه ای[4] سریع بود . در این روش هدف ایجاد آستنیت ریزدانه بود که باعث افزایش همزمان استحکام و چقرمگی شکست در فولاد می شد . این روش با اینکه خواص مکانیکی فولاد را بهبود بخشید ولی مورد استقبال قرار نگرفت چرا که این روش به علت تکرار گرمایش و سرمایش از دمای آستنیته به دمای پایین می توانست تغییراتی را در شکل هندسی و نیز افزایش ترکهای موئی در قطعات فولادی باعث گردد ]16[ .

در تمامی این روش ها انجام عملیات حرارتی منجر به ایجاد ریزساختار مارتنزیت تمپر شده       می شد .

بررسی اثر ریزساختار ناشی از فرآیند عملیات حرارتی بر استحکام فولادهای پراستحکام کم آلیاژی امروزه به روش دیگری دنبال می شود . ایجاد ساختار چند فازی[5] به جای مارتنزیت تمپرشده در فولادهای پراستحکام به چالشی مهم در بهبود چقرمگی شکست بدل شده است .

شاید بتوان اولین کار انجام یافته در خصوص تاثیر ساختارهای چند فازی بر خواص مکانیکی فولادهای پر استحکام کم آلیاژی را به Tomita نسبت داد]18-17[ . وی تاثیر ساختار مرکب بینیت – مارتنزتیت بر خواص مکانیکی فولادهای AISI 4140 و AISI 4340 را مورد بررسی و مطالعه قرار داد .

انبوه کارهای انجام شده در زمینه ایجاد ریزساختار چندفازی و نتایج حاصل از آن ، مبین بهبود خواص مکانیکی فولاد با ایجاد این نوع از ریزساختار بوده است .

در این پروژه تاثیر عملیات حرارتی بین بحرانی و پارامترهای آن بر ریزساختار و خواص مکانیکی فولاد AISI 4135 بررسی شده است . در فصل دوم مروری بر خانواده فولادهای فوق مستحکم کربن متوسط ، تحلیل عملیات حرارتی بین بحرانی و سینتیک مربوط به آن ، تاثیر تمپر کردن بر ریزساختار فریت – مارتنزیت و همچنین تاثیر محیط های کوئنچ و به ویژه محیط های پلیمری بررسی شده است . در فصل سوم روش انجام تحقیق شامل عملیات حرارتی بین بحرانی ، آزمایش- های مختلف مکانیکی و شکست شناسی استفاده شده بررسی شده است .

در فصل چهارم تحلیل سیکل های مختلف عملیات حرارتی بین بحرانی و مشاهدات ریزساختاری و آزمایش های مکانیکی با بررسی سطوح شکست ضربه برخی از سیکل ها با نتایج ساختار مرسوم مارتنزیت تمپر شده برای این فولاد انجام گرفته است .

در فصل آخر نتایج و پیشنهادات ارائه شده است .

1-3-4- قیمت مناسب. 7

1-4- هدف از انجام تحقیق. 7

فصل دوم: مروری بر منابع مطالعاتی و مبانی نظری. 9

2-1- ویژگی­های نیمه­رساناها. 10

2-1-1- حامل­های بار در نیمه­رساناها. 10

2-1-2- انواع نیمه­رساناها. 11

2-1-2-1- نیمه­رساناهای ذاتی. 11

2-1-2-2- نیمه­رساناهای غیرذاتی. 11

2-2- خواص یک فتوکاتالیست مناسب. 12

2-2-1- فتوکاتالیست­های بررسی شده. 13

2-3- تیتانیا. 14

2-3-1- خواص فیزیکی و شیمیایی دی­اکسید تیتانیوم. 15

2-3-2- ساختارهای دی­اکسید تیتانیوم. 15

2-3-3- خاصیت فتوکاتالیستی تیتانیا. 18

2-4- اصول اولیه فرآیندهای فتوکاتالیستی. 19

2-4-1- تهییج فوتونی از طریق باندگپ. 20

2-4-2- موقعیت­های لبه باند. 22

2-4-3- اثرات اندازه کوانتومی. 24

2-4-4- ترکیب مجدد جفت­های الکترون- حفره. 24

2-4-5- نقش الکترون­ها و حفره­های تولید شده در اثر پرتوتابی در فتوکاتالیست. 25

2-4-6- اکسیداسیون فتوکاتالیستی ترکیبات آلی. 26

2-5- پارامترهای موثر بر افزایش خاصیت فتوکاتالیستی TiO₂ در نور مرئی. 27

2-5-1- شکل و اندازه ذرات. 28

2-5-2- ساختار کریستالی. 29

2-5-3- بمباران یونی. 30

2-5-4- تکنیک های ترکیب. 31

 

2-5-5- اضافه کردن یون­های غیر فلزی. 32

2-5-6- آلاییدن نیمه­هادی­ها با انواع یون­های فلزی. 33

2-6- تاریخچه کاربردهای تیتانیا. 36

2-7- کاربردهای تیتانیا. 37

2-7-1- فوتوکاتالیز کردن. 39

2-7-1-1- کاربردهای فتوکاتالیستی. 39

2-7-1-1-1 تجزیه نوری آب. 39
2-7-1-1-2 ضدعفونی. 40
2-7-1-1-3 تصفیه هوا. 40

2-7-1-1-4 تصفیه آب. 41

2-8- فرآیند سل- ژل. 42

2-8-1- اصول فرآیند سل-ژل. 43

فصل سوم: فعالیت­های آزمایشگاهی و روش کار. 45

3-1- مواد اولیه مورد مصرف و خواص آن­ها. 46

3-2- روش سنتز. 47

3-3- آماده­سازی سل. 48

3-3-1- سل تیتانیا. 48

3-3-2- سل قلع و سریم. 48

3-4- سنتز نانوذرات تیتانیا به­همراه افزودنی. 49

3-5- کد گذاری نمونه‏ها. 50

3-6- روش های بررسی خواص. 51

3-6-1- بررسی خواص فیزیکی سل – تکنیک پراش نوری DLS. 49

3-6-2- بررسی استحاله حرارتی. 52

3-6-3- آنالیز سطح ویژه(BET)  Adsorption/Desorption Porosimetry. 53

3-6-4- بررسی فازهای کریستالی. 53

3-6-5- ارزیابی مورفولوژی و ریزساختار. 55

3-6-6- طیف­ سنجی مادون قرمز با تبدیل فوریه. 55

3-6-7- طیف نگاری فتوالکترونی پرتو ایکس (XPS) 56

3-6-8- بررسی خواص نوری و محاسبه‏ی انرژی پهنای نوار ممنوعه‏ 57
3-6-9- بررسی رفتار فتوکاتالیستی. 58

3-6-9-1- متیلن بلو. 58

3-6-9-2 نحوه انجام آزمایش فتوکاتالیستی. 61

فصل چهارم: نتایج و بحث. 62

4-1- نتایج حاصل از تهیه سل. 63

4-2- نتایج آنالیز TG-DTA.. 65

4-3- نتایج اثر افزودنی بر خواص نانوذرات تیتانیا. 67

4-3-1- نتایج و تحلیل آنالیز فازی نانو ذرات T-x mol% Ce. 67

4-3-2- نتایج و تحلیل آنالیز فازی نانو ذرات T-x mol% Sn. 70

یک مطلب دیگر :

4-3-3- نتایج و تحلیل آنالیز فازی نانو ذرات  y mol%Ce- x mol%Sn  T- 72

4-3-4- نتایج و تحلیل آنالیز UV-Vis 75

4-3-5- بررسی تاثیر دمای کلسیناسیون بر فازهای کریستالی. 76

4-3-6- بررسی تاثیر دمای کلسیناسیون روی خواص فتوکاتالیستی   79

4-3-7- اثر زمان کلسیناسیون بر فازهای کریستالی. 80

4-3-8- بررسی طیف  UV-Vis و محاسبه باند ممنوعه. 81

4-3-9- اثر زمان تابش بر بازده تجزیه فتوکاتالیستی. 87

4-3-10- تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی. 89

4-3-11- نتایج حاصل از آنالیز عنصری EDX.. 91

4-3-12- نتایج و تحلیل آنالیز سطحی XPS. 91

4-3-13- نتایج و تحلیل آنالیز BET. 97

4-3-14- نتایج و تفیسر طیف­های FT-IR. 98
فصل پنجم:  نتیجه­گیری نهایی و پیشنهادها. 101

5-1- نتیجه­گیری نهایی. 102

5-2- پیشنهادات و کارهای آینده. 103

مراجع. 104

 

 

 

 

فهرست شکل­ها

 

عنوان                                                                                                           صفحه

شکل 2-1: نیمه­رسانای نوعn  و نیمه رسانای نوع p. 12

شکل 2-2: موقعیت نوار نیمه­رساناهای انتخابی و پتانسیل اکسایش-کاهش O₂/O₂، OH/H₂O در 7pH=. 14

شکل 2-3:  نمودار فاز دی­اکسید تیتانیوم. 16

شکل 2-4:  شماتیکی از سلول‏های واحد فاز TiO₂، (الف) آناتاز، (ب) روتایل، (ج) بروکیت. 16

شکل 2-5: موقعیت لبه باند و شکاف انرژی برخی نیمه­هادی­ها.. 23

شکل 2-6: مکانیزم فرآیندهای ناشی از نور تیتانیا و کاربردهای آن.   38

شکل 2-7: تولید فتوکاتالیستی (a)H₂ یا (b)O₂ در حضور واکنش­گرهای فداکار.   40

شکل 3-1: فرآیند تهیه سل تیتانیا. 49

شکل 3-2: فرآیند تهیه سل تیتانیا با درصدهای مولی مختلف از سریم و قلع. 50

شکل 3-3:  ساختار شیمیایی آلاینده رنگی. 59

شکل 4-1: تابع توزیع اندازه ذرات سل الف) تیتانیا خالص ب) تیتانیا همراه با دوپنت سریم و قلع. 64

شکل 4-2: آنالیز TG-DTA ژل حاصل از سل تیتانیا. 67

شکل 4-3: طیف XRD از نمونه خالص تیتانیا (T) و نمونه با درصدهای مختلف  Ceکلسینه شده در دمای
C˚ 475. 68

شکل 4-4: طیف XRD از نمونه خالص تیتانیا (T) و نمونه با درصدهای مختلفSn  کلسینه شده در دمای
C˚ 475. 71

شکل 4-5: طیف XRD- تیتانیای دوپ شده با درصدهای مختلف قلع و سریم- دمای C˚475 به­مدت h1. 73

شکل 4-6: تجزیه فتوکاتالیستی MB در حضور پودر تیتانیا دوپ شده با درصدهای مختلف افزودنی­های قلع و سریم. 75

شکل 4-7 : الگوی پراش اشعه ایکس تیتانیای دوپ شده با قلع و سریم (TSC₆) – کلسینه شده در دماهای مختلف به­مدت h1. 78

شکل 4-8: تجزیه فتوکاتالیستی MB در حضور پودر تیتانیا دوپ شده با افزودنی­های قلع و سریم در دماهای مختلف. 79

شکل 4-9: الگوی پراش اشعه ایکس تیتانیای دوپ شده با قلع و سریم (TSC₆) – کلسینه شده در دماهای مختلف به­مدت h2. 80

شکل 4-10: طیف جذب UV-Vis پودر تیتانیای خالص  و همراه با دوپنت   82

شکل 4-11: نمایش شماتیک سطوح انرژی تیتانیا به همراه دوپنت فلزی   85

شکل 4-12: منحنی ^1/2(ναh) برحسب (hν) برای نمونه­های مختلف- باند ممنوعه غیر مستقیم. 86

شکل 4-13: منحنی ²(ναh) برحسب (hν) برای نمونه­های مختلف- باند ممنوعه مستقیم. 86

شکل 4-14: تغییرات جذب MB در حضور نمونه­های تیتانیای خالص و تیتانیای همراه با دوپنت. 87

شکل 4-15: درصد تجزیه شدن محلول MB در حضور نمونههای تیتانیای خالص و تیتانیای همراه با دوپنت تحت تابش نور مرئی. 88

شکل 4-16:  TiO₂خالص-کلسینه شده دمای C˚475 به­مدت h1. 89

شکل 4-17: تصاویر FESEM نمونه TSC₆ – a) کلسینه شده در دمای C˚475 به­مدت h1 ، b) کلسینه شده در دمای C˚575 به­مدت h1، c) کلسینه شده در دمای C˚775 به مدت h1، d) کلسینه شده در دمای C˚775 به مدت h2. 90

شکل 4-18: طیف EDAX – a) تیتانیای خالص b) تیتانیای دوپ شده با قلع و سریم. 91

شکل 4-19: طیف XPS از نمونه تیتانیای دوپ شده با سریم و قلع (TSC₆) – اسکن در رنج وسیع. 92

شکل 4-20: طیف XPS– Ti 2P. 93

شکل 4-21: طیف XPS– Sn 3d. 94

شکل 4-22: طیف XPS– Ce 3d. 95

شکل 4-23: طیف XPS– C 1s 95

2-3-3- شکل های مواد زمینه ……………………………………………………………………13

2-3-4- انواع مواد زمینه……………………………………………………………………………13

2-4- لایه نشانی با فرآیند اسپری پایرولیز …………………………………………………..14

2-4-1- فرآیند اسپری پایرولیز………………………………………………………………..14

2-5- تغییر شکل شدید پلاستیک ………………………………………………………………….16

2-5-1- مقدمه ………………………………………………………………………………………….16

2-5-2- روش های تولید مواد با اندازه دانه نانومتری …………………………….17

2-5-3- مزایای فرآیند های تغییر شکل شدید پلاستیک …………………………….18

2-5-4-فرآیند نورد تجمعی……………………………………………………………………….21

2-6- اتصال ورق ها در فرآیند نورد تجمعی…………………………………………………….23

2-7- پارامترهای مؤثر در فرآیند نورد تجمعی………………………………………………….25

2-7-1- شبکه کریستالی مواد ………………………………………………………………….25

2-7-2- وضعیت سطح …………………………………………………………………………….25

2-7-3- زبری سطوح ……………………………………………………………………………….25

2-7-4- ضخامت اولیه ورق ……………………………………………………………………..26

2-7-5- میزان کاهش سطح مقطع ……………………………………………………………26

2-7-6- دمای نورد ………………………………………………………………………………….26

2-7-7- سرعت نورد ……………………………………………………………………………….27

2-7-8- فشار اعمالی از سوی غلتک ها …………………………………………………..27

2-7-9- اصطکاک بین غلتک و قطعه …………………………………………………………27

2-7-10- عملیات حرارتی بین سیکلی ………………………………………………………27

2-7-11- عملیات حرارتی پس از فرآیند ………………………………………………….28

2-8- تولید کامپوزیت ها توسط فرآیند نورد تجمعی…………………………………………..28

2-9- سایر فرآیندها………………………………………………………………………………………29

2-10- خواص مواد بعداز تغییرشکل پلاستیک شدید ……………………………………31

2-11- نمونه هایی از کاربرد مواد بعداز تغییر شکل پلاستیک شدید…………….32

 

فصل 3 مواد و روش تحقیق                                                                        37

3-1- ماده اولیه مورد استفاده ……………………………………………………………………..38

3-2- تهیه لایه های نازک اکسیدتیتانیم به روش اسپری پایرولیز………………….38

3-3- فرآیندتهیه لایه هاوشرایط لایه نشانی…………………………………………………..40

3-4- تهیه محلول مورد نیاز برای لایه نشانی پاششی…………………………………..42

 

3-5- شرح عملیات اسپری پایرولیز ………………………………………………………………42

3-6- شرح عملیات نورد تجمعی…………………………………………………………………….44

3-7- بررسی ریز ساختار ……………………………………………………………………………47

3-7-1- عملیات متالوگرافی………………………………………………………………………47

3-7-2- مشاهده ساختار میکروسکوپی……………………………………………………48

3-8- میکروسختی سنجی …………………………………………………………………………….48

3-9- آزمون کشش تک محور……………………………………………………………………….49

3-9-1- آماده سازی نمونه های آزمون کشش ……………………………………….49

3-9-2- انجام آزمون کشش تک محور ……………………………………………………50

 

فصل 4 نتایج و بحث                                                                                 51

4-1- تاثیر زبری سطح بر استحکام اتصال ………………………………………………….52

4-2- لایه تیتانیای تولید شده توسط فرآیند اسپری پایرولیز………………………..53

4-3- بدست آوردن درصد وزنی ₂TiO در ساخت کامپوزیت ₂TiO – Al…………..60

4-4- مشاهدات ریزساختاری ……………………………………………………………………….62

4-5- بررسی خواص مکانیکی کامپوزیت ₂TiO Al-………………………………………..66

4-5-1- نتایج تست میکروسختی………………………………………………………………66

4-5-2- نتایج تست کشش تک محوری…………………………………………………….67

 

فصل 5 نتیجه گیری و پیشنهادات                                                               70

5-1- نتیجه گیری ………………………………………………………………………………………….71

5-2- پیشنهادات ……………………………………………………………………………………………72

مراجع                                                                                                        73

 

 

 

 

 

فهرست اشکال

 

عنوان                                       صفحه

فصل 2

(شکل2-1). نحوه آرایش هشت وجهی ها در ₆TiO……………………………………………….. 9

(شکل2-2). مقایسه 3 نوع از مواد مرکب الف)ذره ای ب)تقویت شده با الیاف

ج)لایه ای …………………………………………………………………………………………………………. 11

(شکل2-3) . تغییر شكل در کانال‌های مشابه زاویه‌دار (ECAP)………………………….. 20

(شکل 2-4). فرآیند اکستروژن و فشار متوالی (CEC)………………………………………… 20

(شکل 2-5). تغییر شكل پیچشی تحت فشار زیاد (HPT) ……………………………………. 20

یک مطلب دیگر :

(شکل 2-6). مراحل مختلف فرآیند نورد تجمعی………………………………………………………21

(شکل 2-7). تصویر شماتیکی از آزمون پوسته­کنی……………………………………………. 24

(شکل 2-8) . تغییر شکل در قالب ECAP بوسیله نورد(ECAR) …………………………. 30

(شکل2-9). فرآیند موج‌دار کردن و صاف کردن متوالی(RCS)……………………………. 30

(شکل 2-10). فورج سیکلی در قالب بسته(CCDF)………………………………………………. 30

(شکل 2-11). رابطه­ی تنش تسلیم قراردادی و اندازه­ی دانه آهن خالص ……………. 32

(شکل 2-12). پیچ­های ساخته شده از آلیاژ تیتانیم SPD شده …………………………….. 33

(شکل 2-13). پیچ­های ساخته شده از فولاد کربنی فوق­العاده دانه­ریز ECAP شده  33

(شکل 2-14).ورق فولادی C-Mn فوق العاده ریزدانه با قابلیت کشش عمیق عالی   34

(شکل 2-15). قطعات پیستونی شکل ساخته شده از1420Al  نانوساختاری……….. 34

(شکل 2-16). ایمپلنت­های ساخته شده از تیتانیم نانو ساختاری ………………………… 35

(شکل 2-17). خودرو نظامی خاکی-آبی ساخته شده از فلزات نانوساختاری………..36

(شکل 2-18). لوازم ورزشی ساخته شده از فلزات نانوساختاری ………………………..36

فصل 3

(شکل3-1). شماتیکی از عملکرد دستگاه لایه نشان پاششی …………………………………39

(شکل3-2). دستگاه اسپری پایرولیز با گاز حامل ازت ……………………………………….. 41

(شکل3-3). نحوه قرارگیری نمونه ها برروی صفحه داغ ……………………………………. 43 (شکل 3-4). دستگاه نورد …………………………………………………………………………………. 45   (شکل 3-5). انجام فرآیند اتصال نوردی ……………………………………………………………. 45 (شکل3-6). برس زنی ورق آلومینیوم ………………………………………………………………….46 (شکل3-7). کامپوزیت  ₂TiO – Al  تولید شده در پایان پاس 5 ……………………………..47  (شکل 3-8). دستگاه مانت …………………………………………………………………………………. 48  (شکل 3-9). دستگاه میکروسختی­سنجی ……………………………………………………………. 49   (شکل 3-10). تصویر شماتیک نمونه­آزمون کشش مطابق استاندارد  ASTM B 557M (ابعاد بر حسب mm) ………………………………………………………………………………………..49        (شکل 3-11). برش نمونه­های آزمون کشش توسط دستگاه Wirecut …………………..50

(شکل 3-12). نمونه­ی تست کشش ……………………………………………………………………..50

(شکل 3-13). انجام آزمون کشش تک­محور ……………………………………………………….50

فصل 4

(شکل 4-1).تصویر SEM از مورفولوژی سطحی لایه تیتانیا قبل و بعد از تمیز کردن با پارچه نرم ……………………………………………………………………………………………………53

(شکل4-2).تصویر شماتیک از لایه نشانده شده ₂TiO توسط فرآیند اسپری پایرولیز……………………………………………………………………………………………………………..54

(شکل4-3).تصاویر SEM از سطح پوشش یافته در حالت a) بدون بازپخت
b) بازپخت در دمای °C 400      c) بازپخت در دمای°C 500 ………………………………54

(شکل4-4).تصویر SEM از پیکره ریزساختاری فیلم تیتانیا ………………………………..55

(شکل4-5).تصویر SEM از پوشش₂TiO با کریستالهای سفیدکروی شکل گرانوله..55

(شکل4-6). الگویXRD  لایه های نازک ₂TiO در نمونه لام شیشه ای قبل از عملیات بازپخت ……………………………………………………………………………………………………………56

(شکل4-7). الگویXRD  لایه های نازک ₂TiO در نمونه لام شیشه ای بعد از عملیات بازپخت ……………………………………………………………………………………………………………56

(شکل 4-8). تصویر SEM  صفحه RD-ND لایه ₂TiO پوشش داده شده بر روی آلومینیوم در دو حجم مختلف محلول اسپری 50و100سی سی…………………………..57

(شکل 4-9).تصویر SEM از مورفولوژی سطحی از لایه نازک₂TiO………………………58

(شکل 4-10). آنالیز EDX از لایه نازک ₂TiO در حجم محلول 50 میلی لیتر………….59

(شکل 4-11). آنالیز EDX از لایه نازک ₂TiO در حجم محلول 100 میلی لیتر………..59

(شکل 4-12). تصاویر SEM ازتغییرات ریزساختاری کامپوزیت ₂TiO – Al   در طول پاس های 2، 5 و8 در حجم محلول35و 50سی سی ………………………………………….63

(شکل 4-13). تصاویر SEM ازتغییرات ریز ساختاری کامپوزیت ₂TiO Al- در طول پاس های2، 5 و8 درحجم محلول 100و135 سی سی ……………………………………….65

(شکل 4-14). نمودار سختی میانگین کامپوزیت ₂TiO Al- در حجم محلول اسپری35، 50 ، 100 و135سی سی……………………………………………………………………………………. 66

(شکل 4-15). منحنی تنش-کرنش مهندسی ₂TiO Al-  با حجم محلول اسپری
35 ، 50 و100سی سی ……………………………………………………………………………………… 67

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

• تجهیزات جوشکاری TIG:……………………………………………………………………..14
• نگهداری قوس……………………………………………………………………………………….17
• تکنیک جوشکاری…………………………………………………………………………………..18
• متغیرهای مهم فرآیند جوشکاری TIG …………………………………………………….19
• کاربرد……………………………………………………………………………………………………19

• مشکلات اصلی در جوشکاری آلومینیوم و آلیاژهای آن ……………………………………21

  • جوش پذیری آلیاژهای آلومینیوم ……………………………………………………………..22

    • آماده سازی قطعات آلومینیومی و آلیاژهای آن برای انجام جوشکاری ……..24
    • تمیزکاری قبل از جوشکاری آلومینیوم و آلیاژهای آن …………………………..24
  • آماده سازی و طراحی اتصال و لبه سازی در جوشکاری آلومینیوم و آلیاژهای آن………………………………………………………………………………………………………..25
  • پیشگرمایی در جوشکاری آلومینیوم و آلیاژهای آن……………………………………..27
  • انتخاب فلز پرکننده برای جوشکاری آلیاژهای آلومینیوم ………………………………29
• مروری بر تحقیقات گذشته  …………………………………………………………………………31

• 

•  

فصل سوم

روش تحقیق………………………………………………………………………………………………………….. 41

• تهیه ی مواد اولیه …………………………………………………………………………………………42
• فرایند جوشکاری لایه ها………………………………………………………………………………43
• اماده سازی نمونه ها……………………………………………………………………………………..44
• آزمایش میکروسختی……………………………………………………………………………………49
• بررسی خواص سایشی…………………………………………………………………………………50
• بررسی خواص و ریز ساختار………………………………………………………………………..52

فصل چهارم

نتایج ………………………………………………………………………………………………………………………54

• نتایج تست سختی سنجی……………………………………………………………………..55
• نتایج تست سایش……………………………………………………………………………….55
• نتایج بررسی میکروساختار…………………………………………………………………….57

فصل پنجم

بحث ونتیجه گیری……………………………………………………………………………………………60

• بحث…………………………………………………………………………………………………………..61

  • بحث و تفسیر نتایج تست سختی سنجی……………………………………………………61
  • یک مطلب دیگر :
  • تعیین ضوابط رسیدگی، صدور و اجرای آرای کمیسیون های مالیاتی
  • بحث و تفسیر نتایج تست سایش…………………………………………………………….62
  • بحث و تفسیر تصاویر میکروسکوپ الکترونی……………………………………………64
• نتیجه گیری ……………………………………………………………………………………………65
• پیشنهادات……………………………………………………………………………………………66

 

منابع و مراجع…………………………………………………………………………………………………………67

چکیده

 

بررسی سخت کاری سطحی آلیاژ آلومینیوم 6061 بوسیله جوشکاری

نگارنده:

افشین رضایی

 

آلومینیوم و آلیاژهای آن خواص تریبولوژیکی ضعیفی دارند که موجب محدودیت در استفاده از آنها شده است. تحقیقات فراوانی برای بهبود خواص تریبولوژیکی آلومینیوم و آلیاژهای آن انجام گرفته است این تحقیقات را می‌توان به بهینه سازی ترکیب آلیاژ و تولید کامپوزیت های زمینه فلزی و کاربرد روش های مختلف مهندسی سطح تقسیم بندی کرد. سخت کاری سطحی نوعی از عملیات حرارتی است که در آن با استفاده از شرایط خاص کاری و محیطی سطح قطعه را سخت کرده درحالیکه ترکیب شیمیایی داخل قطعه تغییر نمی کند و در نهایت قطعه ای حاصل می شود که سختی سطحی مطلوب در کنار چقرمه بودن دارد . در این تحقیق با ایجاد لایه آلیاژی حاصله از جوش در سطح به منظور افزایش سختی و مقاومت به سایش سطحی آلومینیوم حاوی منیزیوم و سیلیسیوم، با استفاده از انرژی حاصله از جوشکاری TIG و فیلر، جوشکاری آلیاژ انجام گرفت و سختی سنجی و مقاومت به سایش آنها تحت شرایط مختلف بررسی ‌شد. با افزایش دمای پیشگرمی تا150 درجه سانتیگراد هر دو خاصیت سختی و مقاومت به سایش بهبود چشمگیر پیدا کرد و پس از ان، افزایش دمای پیشگرمی مخرب بود وباعث کاهش در این دو خاصیت شد. افزایش تعداد لایه های جوش مقاومت سایشی نمونه ها را افزایش داد و سختی نمونه ها از خود کاهش نشان داد. علت افزایش مقاومت به سایش، مقاومتی است که در برابر کنده شدن واصطلاحا پوسته شدن لایه در اثر افزایش تعداد لایه ها به وجود امده است. همچنین با افزایش سرعت جوشکاری خواص مکانیکی از جمله سختی و مقاومت به سایش افزایش پیدا کرد . با کاهش دبی به مقدار lit/min 10    خواص مکانیکی بهبود یافت و بعد از ان ، کاهش مقدار دبی، مخرب بود و سختی ومقاومت به سایش کاهش پیدا کرد.

 

فصل اول

 

 

 

 

 

کلیات تحقیق