بررسی مکانیزم تشکیل نانوکامپوزیت ti6al4v/ti-b و ارزیابی رفتار سایشی آن

در این تحقیق، ساخت و مشخصه یابی نانوکامپوزیت ti6al4v/ti-b به روش آلیاژسازی مکانیکی بررسی شد. به این منظور ابتدا زمینه نانوساختار با استفاده از آلیاژسازی مکانیکی پودر عناصر اولیه ساخته شد. در ادامه برای ساخت نانوکامپوزیت مورد نظر از آسیاب کاری پودر ti-al-v-b استفاده شد. مطالعات مربوط به تغییرات فاز، ساختار، مورفولوژی و سختی ذرات پودر به وسیله پراش پرتو ایکس(xrd)، میکروسکوپ الکترونی روبشی(sem)، آنالیز عنصری(eds)، میکروسکوپ الکترونی عبوری(tem) و ریز سختی سنجی انجام شد. به منظور بررسی رفتار حرارتی محصول پودری، عملیات حرارتی نمونه ها به مدت 5 ساعت در دمای 1100 درجه سانتیگراد انجام شد. در ادامه نمونه های بالک از زمینه نانوساختار و نانوکامپوزیت به روش پرس سرد و تفجوشی در دمای1100 درجه سانتیگراد تهیه و مشخصه یابی شد. آزمون سایش در دمای محیط و تحت بار 80 نیوتن بر روی سه نمونه آلیاژ نانوساختار، نانوکامپوزیت و ورق ti6al4v صنعتی انجام شد. تشکیل آلیاژ ti6al4v زمینه نانوساختار با نفوذ اتم های آلومینیم و وانادیم در تیتانیم و تشکیل محلول جامد نیمه پایدار ti(al,v) پس از 10 ساعت آسیاب کاری انجام شد. در این راستا افزایش زمان آسیاب کاری موجب پایداری فاز ti-? در زمینه ti-? گردید. افزایش زمان آسیاب کاری تا 20 ساعت موجب تشکیل آلیاژ ti6al4v با اندازه دانه حدود 20 نانومتر و سختی حدود 600 ویکرز شد. این در حالی است که سختی ورق ti6al4v صنعتی حدود 450 ویکرز می باشد. سختی هر دو نمونه پس از 5 ساعت عملیات حرارتی در دمای 1100 درجه سانتیگراد تا حدود 950 ویکرز افزایش یافت. سختی تیتانیم خالص پس از 20 ساعت آسیاب کاری با اندازه دانه حدود 30 نانومتر 500 ویکرز بدست آمد و پس از عملیات حرارتی در شرایط مشابه به حدود 600 ویکرز رسید. نانوکامپوزیت ti6al4v-20wt%tib2 پس از 40 ساعت آلیاژسازی مکانیکی مخلوط پودر ti-al-v-b به همراه 1 ساعت عملیات حرارتی در دمای 1100 درجه سانتیگراد به صورت درجا تولید شد و مکانیزم نفوذ تدریجی به عنوان مکانیزم حاکم بر تشکیل فازهای زمینه و تقویت کننده تعیین شد. اندازه دانه فازهای زمینه و تقویت کننده در پودر نانوکامپوزیت به کمک تصاویر tem به ترتیب معادل 15 و 20 نانومتر تعیین شد که بر مقادیر بدست آمده به روش ویلیامسون- هال منطبق است. سختی نمونه بالک زمینه حدود 830 و سختی نمونه بالک نانوکامپوزیت حدود 1030 ویکرز بدست آمد. چگالی نسبی آلیاژ ti6al4v نانوساختار و نانوکامپوزیت ti6al4v/(ti-b) به ترتیب معادل 7/99 و 111 درصد بدست آمد. بهبود رفتار سایش نانوکامپوزیت در مقایسه با نمونه صنعتی به دلیل حضور نانوذرات تقویت کننده درجا در زمینه نانوساختار است.