کامپوزیت های زمینه آلومینیومی، به دلیل سبکی، استحکام بالا، مدول بالا، ضریب انبساط گرمایی پایین و مقاومت سایشی خوب به عنوان یک گروه جدید از مواد پیشرفته به حساب می آیند. هدفاین پایان نامه سنتز و بررسی خواص مکانیکی (سختی) کامپوزیت و نانو کامپوزیت سه تایی al/al2o3p-sicpبا استفاده از روش آسیاب کاری مکانیکی و روش تزریق پلیمریاست. برای آنالیز ساختاری نمونه ها از پراش پرتو x و میکروسکوپ روبشی الکترونی و برای بررسی خواص مکانیکی نیز از دستگاه میکروسختی ویکرز استفاده شده است. در این پروژه با استفاده از آسیاب سیاره ای پرانرژی بعد از 20 ساعت آسیاب کاری پودر کامپوزیتی al/sic میانگین اندازه ذرات به 55 نانومتر رسید. نتایج سختی سنجی نمونه ها نشان می دهد، سختی نمونه های نانوکامپوزیتی به مراتب بهتر از نمونه های کامپوزیتی است، همچنین سختی نمونه نانو کامپوزیتی سه تایی al/al2o3p-sicpبیشتر از نمونه های دوتاییal/sic و al/al-2o3است. سختی نانوکامپوزیت یکی از نتایج بسیار جالب این تحقیق سختی نانوکامپوزیت با نسبت وزنی یکسانal2o3 و sic(هر کدام 5/3% وزنی) است که، سختی بالاتری نسبت به نمونه با 15 درصد وزنی فاز سخت sic دارد. در این حالت با وجود اینکه درصد فاز تقویت کننده در نمونه نانوکامپوزیت سه تایی، نصف کامپوزیت دوتایی al/sic است، ولی سختی نانو کامپوزیت سه تایی بالاتراست. بنابراین اضافه کردن ذرات بافاز سخت با اندازه نانومتری با وجود درصد فاز سخت کمتر باعث بهبود خواص مکانیکی شده است که، این امر باعث می شود، این نوع نانوکامپوزیت به علت درصد فاز سخت کمتر در سختی یکسان، چقرمگی شکست بالاتری داشته و امکان کاهش قیمت محصولات تولیدی را فراهم می کند.

پدیده تشکیل کاویتاسیون و اثرات ناشی از آن در بسیاری از جریان ها دارای اهمیت ویژه ای است. لیکن هزینه بسیار بالای کارهای آزمایشگاهی از یک طرف و زمان بر بودن مشاهده آثار این پدیده از طرف دیگر، موجب افزایش روز افزون برتری حل عددی در این حوزه شده است. هدف این پایان نامه مطالعه و بررسی برآورد تأثیر تخریبی پدیده کاویتاسیون به شیوه عددی می باشد بمنظور برآورد تأثیر تخریبی پدیده کاویتاسیون به محاسبه کمیتی به نام نرخ خوردگی کاویتاسیون پرداخته شده است.در این تحقیق پس از تعریف پدیده کاویتاسیون، معادلات اساسی حاکم برای تحلیل این پدیده آورده شده است و در ادامه مدل موجود که برای حل تحلیلی و عددی این پدیده مورد استفاده قرار می گیرد، معرفی شده است. با در نظر گرفتن دو حالت سرعت ثابت و حالت اصل انتقال نرخ خوردگی و نیز حالت سوم که سرعت متغیر نام دارد و در واقع بعنوان یک هدف برای توسعه کد استفاده شده است به محاسبه نرخ خوردگی پرداخته شده است. وارد کردن کدهای عددی با استفاده از زبان برنامه نویسیc++ تحت لینوکس بوده که از آن نسبت به تهیه حلگرهای عددی که توانایی شبیه سازی و محاسبه کمیت نرخ خوردگی مورد استفاده در تحقیق را دارد اقدام شده است و در ادامه برای اجرای کدهای عددی از نرم افزار اُپن فوم استفاده گردیده است. هندسه مورد استفاده یک نازل است که متناسب با نتایج آزمایشگاهی موجود انتخاب شده است. به منظور محاسبه کمیت نرخ خوردگی کاویتاسیون در حالات بیان شده از جنس های استیل و آلومینیوم در فشارهای مختلف استفاده شده است. در حالات سرعت ثابت و اصل انتقال نرخ خوردگی، نرخ خوردگی حاصل از نتایج عددی و به کمک روابط بیان شده در فصل سوم، بدست-آمده و نتایج آن با نتایج آزمایشگاهی موجود، بررسی و مقایسه شده است. نیز در پایان بمنظور توسعه کد عددی و با هدف توسعه مدل خوردگی، نتایج نرخ خوردگی در حالت سرعت متغیر بدست آمده و نتایج حاصل از حل عددی با نتایج آزمایشگاهی موجود برای حالت سرعت ثابت مقایسه شده است.در پایان روش اصل انتقال نرخ خوردگی برای ادامه تحقیقات توصیه می گردد.

سرامیک های مهندسی، سفتی و پایداری حرارتی بالایی دارند و دارای چگالی نسبی پایینی می باشند. اما، تردی مانع استفاده از آنها در ساختار مواد می شود. در این میان، آلومین به عنوان یک سرامیک مهندسی با وجود دارا بودن ویژگی های منحصر به فردی مثل سختی، مقاومت به سایش، مقاومت به خستگی و مقاومت به خوردگی بالا، چقرمگی پایینی دارد. با ترکیب و گنجاندن نانولوله های کربنی به مواد سرامیکی توقع بر این است که به کامپوزیت های سرامیکی پایدار حرارتی و چقرمه، با سفتی بالا برسیم. از دیگر روش های موثر در بهبود چقرمگی آلومین، استفاده از فاز ثانویه زیرکونیای هشت وجهی می باشد. در این تحقیق ابتدا پودر نیترات آلومینیم در اتانول حل شده، ذرات نانولوله کربنی به کمک عملیات فراصوت در آن پراکنده شده و با حرارت دادن محلول در دمای°c 400 بر روی نانولوله کربنی، پوشش اکسید آلومینیم ایجاد شد. در مرحله بعد، پودر حاصل با پودر های اکسید زیرکونیم پایدار شده و آلومین مخلوط شده، به کمک پرس تک محوری، نمونه های گرده شکل از آن تهیه شد. به منظور بررسی اثر اندازه آلومین در خواص مکانیکی نانوکامپوزیت سه تایی نانولوله کربنی-آلومین-زیرکونیا، به دو صورت ماکرو و نانو با درصد وزنی یکسان اضافه شد. نمونه های گرده شکل در دمای °c 1300 در کوره تحت اتمسفر گاز آرگون تف جوشی شدند. سپس چگالی نمونه ها به روش ارشمیدس اندازه گیری، میکرو سختی و چقرمگی نمونه ها به ترتیب به روش ویکرز و آنستیس اندازه گیری شد. استحکام با روش یک ساچمه روی سه ساچمه اندازه گیری و ریزساختار و فازهای موجود در قطعه به کمک میکروسکوپ الکترونی و آنالیز تفرق اشعه ایکس بررسی شد. نتیجه اینکه در دمای دمای °c 1300 در کوره تحت گاز آرگون، ساختار پودر پوشش داده شده کریستالی شد. از طرفی با افزودن نانوله کربنی با سه درصد وزنی به آلومین چقرمه شده با زیرکونیا، سختی افزایش اما چقرمگی شکست کاهش یافت. از طرفی افزودن نانو آلومین در مقایسه با آلومین ماکرو باعث افزایش بیشتری در استحکام، سختی و کاهش چگالی نانوکامپوزیت می شود.

یک پیل سوختی سیستمی است که انرژی شیمیایی سوخت را مستقیماً به الکتریسیته تبدیل می کند. در میان انواع پیل های سوختی، این پیل سوختی اکسید جامدی (sofc) است که تمامی اجزای آن کاملاً در حالت جامدند و بر پایه ی الکترولیتی اکسید جامدی می باشد که به صورت بالقوه دارای بیشترین بازده انرژی با کمترین میزان اتلاف است و گستره ی بزرگی از سوخت ها از هیدروژن تا گازهای طبیعی، گاز زغال سنگ و بنزین قابلیت تبدیل به الکتریسیته را دارند. عملکرد و دوام پیل های سوختی اکسید جامدی به شدت به ریزساختار و شکل اجزای پیل بستگی دارد. یک تک سل (سلول) اکسید جامدی از یک آند و یک کاتد که توسط یک الکترولیت اکسید جامدی (یک رسانای یونی) جدا شده اند، تشکیل می شود. الکترولیت جامد باید عایق الکترونیکی (مانع تماس الکترون ها و حفره های الکترون) و غیر قابل نفوذ گاز (به شکل یک غشای چگال) باشد. بیشترین الکترولیت مورد تحقیق، بر پایه ی رساناهای یونی اکسیژن نظیر زیرکونیای پایدار توسط ایتریا (ysz، با ترکیب 8% مول ایتریا، 92% مول زیرکونیا، با نام 8ysz) می باشد. پیل های سوختی اکسید جامدی بر پایه ی ysz، برای بازدهی بهتر معمولاً در دماهای بالا(c°750-1000) کار می کنند. ولی برای کاهش هزینه ی مواد و افزایش دوام اجزای سیستم، مطلوب است تا دمای کارکرد را کاهش داد، بنابراین الکترولیت باید تا حد ممکن نازک باشد. برای ساخت الکترولیت نازک ysz روش های بسیاری نظیر ریخته گری نواری، لایه نشانی بخار الکتروشیمیایی (evd)، لایه نشانی بخار فیزیکی (pvd)، و به تازگی روش لایه نشانی الکتروفورتیک (epd) به کار رفته است. به دلیل اینکه روش های evd و pvd گران تمام می شوند، همچنین در روش های ارزانتر برای دستیابی به دقت قابل کنترل و کیفیت تکرارشدنی دشواری هایی وجود دارد، روش الکتروفورتیک به عنوان کاندیدای برجسته با قابلیت عملی بالا تبدیل شده است. علاوه بر کاربردهای متداولِ این روش نظیر ایجاد پوشش های سرامیکی مقاوم به خوردگی و ضد اکسایش، تمایل بسیاری برای استفاده از روش الکتروفورتیک در وسایل ریزالکترونیکی پیشرفته و پیل های سوختی اکسید جامدی بوجود آمده است. بنابراین روش الکتروفورتیک برای ساخت الکترولیت لوله ای در پیل سوختی اکسید جامدی در پروژه ی حاضر انتخاب شد. در طی فرآیند الکتروفورتیک، ذرات باردار در دوغاب تحت یک میدان الکتریکی به سمت الکترود با بار مخالف حرکت می کنند. سپس، این ذرات روی الکترود لخته شده و یک لایه ی چگال تشکیل می دهند. لازمه ی اساسی کاربرد یک الکتروفورتیک موفق، تهیه ی یک دوغاب پایدار در یک حلال مناسب با پتانسیل زتای بالا می باشد. در این پروژه، از روش الکتروفورتیک برای ساخت لایه ی نازک ysz روی زیرلایه ی میله ای از جنس گرافیت استفاده شده است. در این فرآیند، ایزوپروپانول به عنوان حلال، 4-هیدروکسی بنزوییک اسید به عنوان پراکنده ساز و پلی وینیل بوتیرال به عنوان چسب در دوغابی از پودر ysz به کار رفته است. هدف اصلی پروژه احراز شرایط مناسب برای تهیه ی دوغاب پایدار، به منظور دست یابی به لوله های ته بسته ی متعدد بدون ترک، پس از سوزاندن زیرلایه ی گرافیتی، خشک کردن لوله های سرامیکی خام و تف جوشی آنها تا استحکام بالا می باشد. با توجه به آزمایش های صورت گرفته می توان نتیجه گرفت که در حالت کلی بهترین نمونه ی قابل ساخت که دارای بالاترین ویژگی های ساختاری و شرایط ساخت باشد، نمونه ای است که با دوغابی حاوی چسب و به صورت کامپوزیتی از پودرهای 3ysz و 8ysz ساخته شود.

اکسید آلومینیم یا آلومینا یکی از مهم ترین سرامیک های مهندسی است. این ماده به علت خواص فیزیکی و مکانیکی بسیار مناسب کاربردهای فراوانی در ابزارهای برش، قطعات مقاوم به سایش و خوردگی دارد. آلومینا به صورت خالص دارای چقرمگی شکست پایینی است که باعث می شود قابلیت اطمینان آن پایین آمده، کاربرد آن با مشکلاتی مواجه شود. اضافه کردن زیرکونیای پایدار شده به آلومینا باعث افزایش چقرمگی می شود. این عملیات باعث توسعه دسته ای از مواد به نام کامپوزیت های آلومینا/زیرکونیا شده است. لایه های نازک از این سرامیک در صنایع مختلف مانند صنعت ماشین کاری و صنعت پزشکی کاربرد دارد. ریخته گری نواری به عنوان روشی کارا برای تهیه لایه های نازک سرامیکی شناخته می شود. هدف از این تحقیق بررسی استفاده از روش تلفیقی ریخته گری نواری-تزریق پلیمری جهت تولید کامپوزیت آلومینا/زیرکونیا بهبود خواص نسبت به نمونه های تولید شده از فرایند ریخته گری نواری مرسوم می باشد. برای این منظور تعدادی نمونه با استفاده از روش ریخته گری نواری تولید شد. جهت تولید نمونه ها ابتدا با بررسی پارامترهای مختلف جهت رسیدن به ترکیب بهینه، دوغاب های پایداری از ذرات زیرکونیای پایدارشده، ذرات آلومینا و مخلوط این دو تهیه و سپس ریخته گری شد. برای تولید نمونه ها با روش تلفیقی، ابتدا یک لایه نازک متخلخل از زیرکونیای پایدارشده به کمک ریخته گری نواری ساخته شد. سپس، آلومینا با غوطه وری در نیترات آلومینیوم به آن تزریق گردید. در انتها، نمونه های تهیه شده به دو روش گفته شده، در دمای بالا تف جوشی گردید. چگالی نمونه ها به روش ارشمیدس، سختی به دو روش میکروسختی و نانوفرورفتگی، فازها به کمک پراش اشعه x ((xrd و ریزساختار به کمک میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem) مورد بررسی قرار گرفت. داده های چگالی نشان داد نمونه ها تهیه شده ساختاری متراکم دارند. با بررسی داده های سختی نمونه ها مشخص شد که با افزایش زیرکونیای پایدارشده، سختی نمونه ها افزایش می یابد. نمونه های تهیه شده با روش تلفیقی به دلیل درصد تخلخل خیلی کم، سختی حدود gpa 14 و چقرمگی شکست 7.2 mpam1/2) را نشان می دهد. همچنین در آزمون نانوفرورفتگی بیشترین سفتی تماس µn/nm299 و مدول یانگ gpa 326 اندازه گیری شده مربوط به نمونه ی تهیه شده با روش تلفیقی بود. نتایج xrd وجود فاز های آلومینا و زیرکونیای پایدارشده و مقدار تقریبی آن ها را ارائه نمود. نیز، نتایج sem نشان داد کم ترین میزان تخلخل و بالاترین یکنواختی ساختار مربوط به نمونه ی تهیه شده با روش تلفیقی بود. بنابراین، مقایسه داده های نمونه های تهیه شده از روش تلفیقی در مقایسه با روش ریخته گری نواری مرسوم، کارایی روش تلفیقی را به عنوان روشی جدید در تولید لایه های نازک کامپوزیت آلومینا/زیرکونیا تایید می نماید.

پیلهای سوختی اکسید جامد یکی از مهم ترین وسایل به منظور تولید انرژی پاک هستند. وظیفه ی الکترولیت به عنوان مهم ترین جزء پیل سوختی انتقال اکسیژن به صورت -o2 از کاتد به آند تحت اختلاف پتانسیل الکتروشیمیایی است. الکترولیت های پایه زیرکونیا به علت پایداری شیمیایی و گرمایی بالا تجاری ترین الکترولیت مورد استفاده در این پیل ها هستند. از نظر هندسی پیل های سوختی اکسید جامد به دو صورت تخت و لوله ای تولید می شوند. آب بندی کامل پیرامون کاتد- الکترولیت- آند جهت جداسازی گازهای هوا از سوخت ضروری است. مزیت عمده ی هندسه ی لوله ای نسبت به تخت، آب بندی بهتر آن و مقاومت در برابر شوک های حرارتی است. کاهش دمای کاری پیل ها از °c 1000 به °c 700 نیازی اساسی جهت تجاری سازی این فناوری است. کاهش ضخامت لایه ی الکترولیت راه حلی مناسب برای برآوردن این نیاز می باشد. چاپ توری روشی است ساده با هزینه کم که فیلم نازک با ضخامت لازم را تولید می کند. در این روش خمیر چاپ از ترکیب پودر ysz با حامل آلی با نسبت وزنی 3:2 تهیه می شود. سپس به وسیله ی یک کاردک از طریق توری روی زمینه پخش می شود. لایه چاپ شده در دمای بالا برای رسیدن به چگالی کامل پخت می شود. متغیر های مهم در فرایند شامل: پودرهای اولیه، ترکیب خمیر چاپ، شمار مش توری، زمینه ی چاپ، فاصله ی توری از زمینه، شکل هندسی سر کاردک، سرعت چاپ و دمای پخت هستند. تاکنون روش چاپ توری در ساخت الکترولیت های با هندسه ی تخت مورد استفاده قرار می گرفت و گزارشی مبنی بر ساخت اجزای با هندسه ی لوله ای با این روش ارائه نشده است. در این تحقیق با توجه به خواص ویژه ی هندسه ی لوله ای نسبت به تخت، و مزیت روش چاپ توری یعنی ارزان و ساده بودن آن نسبت به دیگر روش های ساخت لایه نازک، هدف ساخت الکترولیت 5ysz با هندسه ی لوله ای و ضخامت پایین انتخاب شد. ابتدا الکترولیت تخت 5ysz روی زمینه ی گرافیت خالص تولید و پس از آن نمونه های لوله ای شکل به قطر mm 6 و ضخامت µm 90 ساخته شد. خواص مکانیکی فیلم های نازک تولیدی به کمک آزمون میکروسختی و نانوفروروندگی و خواص ساختاری به کمک آزمون های تفرق اشعه ی ایکس و میکروسکوپ الکترونی روبشی مورد بررسی قرار گرفت. سختی های به دست آمده برای نمونه ی تخت 5ysz برابر gpa 12/2 و نمونه ی لوله ای شکل gpa 12/9 به دست آمد. مقادیر به دست آمده برای خواص الکترولیت از جمله سختی و ریز ساختار مطلوب ارزیابی شد.

پیل سوختی با یک واکنش الکتروشیمیایی، که محصولات جانبی آن آب و حرارت می باشد، الکتریسیته تولید می کند. از موثرترین راه های افزایش راندمان و کاهش هزینه توان تولیدی پیل های سوختی، کاهش ضخامت و در نتیجه افزایش رسانایی الکترولیت ها می باشد. در پژوهش های پیشین نشان داده شده است که کامپوزیت های 3ysz/8ysz هدایت یونی و استحکام مکانیکی بالایی از خود نشان می دهند. در این پایان نامه لایه های نازک از الکترولیت های جامد پایه زیرکونیا توسط روش ریخته گری نواری تولید شده است. روش تزریق پلیمری جهت افزودن ایتریا به لایه های نازک 3ysz بکار گرفته شد و در نهایت کامپوزیت های 3ysz/8ysz با ترکیب دو روش فوق بدست آمد. خواص مکانیکی و الکتریکی لایه های کامپوزیتی 3ysz/8ysz و لایه های 3ysz خالص، 5ysz خالص و 8ysz خالص، مورد بررسی قرار گرفته و گزارش شده اند.

در این تحقیق، جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی (fsw) کامپوزیت زمینه آلومینیومی تقویت شده با ذرات al2o3 مورد بررسی قرار گرفت. کامپوزیت مورد نظر به روش همزدن تهیه شد و سپس نمونه با استفاده از روش جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی، با سرعت چرخش ابزار rpm 1000 و سرعت پیشروی mm/min8 به یکدیگر متصل شد. در کار حاضر نیروی لازم برای چرخش ابزار از دستگاه فرز تامین گردید. به منظور ارزیابی محل جوش از میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem) استفاد شد و برای بررسی کیفیت جوش از آزمون های سختی سنجی ماکرو به روش ویکرز، خمش، کشش در دمای محیط استفاده گردید. نتیجه آزمون سختی نشان داد که سختی مرکز جوش از طرفین آن بیشتر است که علت آن سخت شدن تجمع ذرات اکسیدی و ریزتر شدن آنها می باشد. نتیجه آزمون کشش شکست از محل فلز پایه بوده که نشان دهنده کیفیت جوش می باشد و نتیجه آزمون خمش شکست در محل جوش بود که خود این موضوع وابسته به چند عامل می باشد که مهمترین عامل آن تنش باقیمانده در محل جوش که با کمی عملیات حرارتی این مشکل بر طرف می شود. در نهایت می توان نتایج گفت: جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی یک روش مناسب برای جوشکاری کامپوزیت های زمینه آلومینیومی می-باشد.

ناپایداری انگشتی لزج یکی از شناخته شده ترین ناپایداری های هیدرودینامیکی در محیط متخلخل می باشد. این ناپایداری زمانی اتفاق می افتد که سیالی با ویسکوزیته کمتر، درون محیط متخلخلی که از سیال با ویسکوزیته بیش تر پر شده است، تزریق می شود. رشد و شکل گیری این انگشتی ها نقشی بسیار مهم در فرآیند جابجایی سیالات، به خصوص انتقال نفت از مخازن دارد. مطالعه این ناپایداری از جهتی، به دو دسته جابجایی های مخلوط شدنی و مخلوط نشدنی تقسیم بندی می شود. عمده تحقیقات انجام شده در جابجایی های مخلوط شدنی، مربوط به سیالات نیوتنی بوده است. مطالعات روی سیالات غیرنیوتنی بیش تر با رویکردی عددی و استفاده از مدل های ساده غیرنیوتنی بوده که توانایی مدل کردن محلول های پلیمری و سیالات ویسکوالاستیک را به طور کامل ندارند.

چکیده ندارد.

آلیاژهای آلومینیم به علت نسبت استحکام به وزن بالا اخیرا مورد توجه قرار گرفته است. در این میان آلیاژهای ‏‎al-si‎‏ به علت خواص منحصر به فرد خود، برای استفاده در موتور خودرو توسعه یافته است. از مشکلات این آلیاژها تضعیف خواص مکانیکی در دماهای بالا و همچنین ضعف خواص سایشی می باشد. یکی از راههای غلبه بر این مشکل اضافه کردن عناصر آلیاژی مانند آهن، نیکل، مس و ... می باشد. این عناصر اغلب با ایجاد رسوبهای بین فلزی باعث بهبود خواص مکانیکی و تقویت خواص مکانیکی در دمای بالا می شوند. هدف از این تحقیق بررسی اثر نیکل تا حدود 3/44 درصد وزنی به این آلیاژ ، به علت ایجاد فازهای بین فلز ‏‎al3ni‎‏، خواص سایشی این آلیاژ بهبود می یابد.