تولید نانو کامپوزیت زمینه بین فلزی niti-al2o3 با روش آلیاژسازی مکانیکی و بررسی خواص آن

در این پژوهش، ساخت پودرهای نانوساختار niti و نانوکامپوزیت niti-al2o3 با دو درصد وزنی al2o3به مقادیر 10 و 20 به روش آلیاژسازی مکانیکی در آسیاب گلوله ای سیاره ای تحت اتمسفر آرگون بررسی شد. مطالعات ریزساختاری به وسیله آزمون های پراش پرتو ایکس (xrd)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem)، میکروسکوپ الکترونی عبوری (tem)، آنالیز حرارتی و ریزسختی سنجی ارزیابی شد. بررسی های ترمودینامیکی و سینتیکی به ترتیب براساس مدل نیمه تجربی مدیما و روش انتگرال گیری با تقریب کوتز-ردفرن انجام گرفت. نتایج نشان داد که آلیاژسازی مکانیکی مخلوط پودر ni50ti50 منجر به تشکیل ترکیب نانوساختار b2-niti می گردد. مکانیزم تشکیل این ترکیب با شکل گیری ساختار لایه ای از مواد اولیه و انحلال اتم های تیتانیم در نیکل آغاز می شود. با ادامه فرایند محلول جامد فوق اشباع و ساختار غیراستوکیومتری niti ایجاد می شود که در نهایت به ترکیب تقریباً استوکیومتری و نامنظم niti با اندازه دانه نانومتری تبدیل می گردد. عملیات حرارتی محصول باعث افزایش پارامتر نظم شبکه تا مقدار 94/0 و حضور فازهای niti2 و ni3ti می شود. بررسی های ترمودینامیکی در سیستم دوتایی ni-ti نشان داد که در همه ترکیب های شیمیایی محلول جامد در مقایسه با فاز آمورف پایدارتر است. همچنین محصول آلیاژسازی مکانیکی ni50ti50 با نتایج بررسی های ترمودینامیکی منطبق بوده و فازی با پایین ترین سطح انرژی آزاد می باشد. بر اساس نتایج به دست آمده در زمینه ساخت نانو کامپوزیت niti-al2o3 مشخص شد که امـکان تولید این نانوکامپوزیت به طور مستقیم با آلیاژسازی مکانیـکی مخلوط پودری ni-ti-al2o3 در محفظه های فولادی وجود ندارد. ساخت این نانوکامپوزیت با استفاده از پودرهای ni-ti-al-nio و احیاء مکانوشیمیایی nio توسط al نشان داد که ذرات al2o3 با اندازه ذرات کمتر از 30 نانومتر در زمینه niti با دانه های کریستالی نانومتری توزیع می شود. تغییر درصد وزنی al2o3 در نانوکامپوزیت، منجر به تغییر مکانیزم واکنش می گردد به گونه ای که در نانوکامپوزیت حاوی 10 درصد وزنی مکانیـزم تدریجی و در 20 درصد وزنی مکانیـزم احتراق خودپیشرونده حاکم می باشد. حضور ذرات نانومتری al2o3 در زمینه نانوساختار niti باعث افزایش سختی و افزایش پایداری حرارتی از جمله کاهش رشد دانه های کریستالی و عدم دستیابی به ساختار با نظم بالا بعد از عملیات حرارتی می گردد که این اثرات با افزایش درصد وزنی al2o3 تشدید می شود. بررسی های سینتیکی نشان داد که انجام واکنش nio و al با مدل واکنش شیمیایی برای ذرات استوانه ای و انرژی اکتیواسیون حدود 490 کیلوژول صورت می گیرد. آلیاژسازی مکانیکی مخلوط این دو پودر منجر به تغییر مدل سینتیـکی به واکنش شیمیایی برای ذرات کروی و کاهش انرژی اکتیواسیون به 397 کیلوژول می شود.