بررسی اثر دمای عملیات حرارتی بر ساختار و رفتار خوردگی آلیاژ نانوشبه بلور Al72Ni13Cr15 تولید شده به روش آلیاژسازی مکانیکی

فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین

مقاله 12، دوره 6، شماره 21، مهر و آبان 1394، صفحه 161-176   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

میثم امینی^{* 1}؛ رسول امینی²؛ محمد مهدی سروگلوی حقیقی فرد¹؛ مرتضی علیزاده³؛ محمد علی زارع⁴؛ زهرا نعمتی¹

¹دانشجو کارشناسی ارشد مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی شیراز.

²استادیار دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی شیراز

³استادیار دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی شیراز.

⁴مربی گروه شیمی، واحد مرودشت، دانشگاه آزاد اسلامی، مرودشت، ایران

تاریخ دریافت: 11 بهمن 1394،  تاریخ پذیرش: 11 بهمن 1394 

چکیده

در این مقاله، ترکیبات نانو شبه بلوری آلومینیوم-نیکل-کروم به وسیله آسیا کاری مکانیکی پس از عملیات حرارتی و کوئنچینگ متعاقب، با موفقیت ساخته شدند. اثر دمای عملیات حرارتی بر تشکیل فازهای بلوری و شبه بلوری به وسیله پراش پرتو ایکس و میکروسکوپ تونلی روبشی مطالعه شد. اندازه بلور فاز شبه بلوری به وسیله میکروسکوپ الکترونی عبوری در بزرگنمایی بالا بررسی شد. افزون بر این، رفتار خوردگی ترکیبات تولید شده، به وسیله آزمون پلاریزاسیون با استفاده از پتانسیواستات 3-الکتروده در دو محلول سولفات سدیم یک مولار و کلرور سدیم %5/3 وزنی، ارزیابی شد. مشخص شد که ساختار ترکیبات آلیاژی، به گونه قابل ملاحظه ای متاثر از دمای عملیات حرارتی می باشد به این ترتیب که فاز شبه بلوری فقط در دماهای عملیات حرارتی نسبتاً بالا قابل تولید است. بر این اساس، فاز سه تایی ζ (با ساختار هگزاگونال)، دو فاز دوتایی ₂γ و δ (به ترتیب با ساختارهای رومبوهدرال و هگزاگونال) و فاز شبه بلوری ده وجهی D₃ به ترتیب در دماهای 900، 1000 و 1100 درجه سانتی گراد، تشکیل شدند و مشاهده شد که فاز شبه بلوری در مقیاس نانو می باشد. هم­چنین، مشخص شد که فاز شبه بلوری می تواند مقاومت به خوردگی نمونه­های تولید شده را در هر دو محلول کلرور سدیم و سولفات سدیم، به گونه چشمگیری بهبود بخشد.

کلیدواژه‌ها

نانو شبه بلور؛ فازهای بلوری؛ آسیا کاری مکانیکی؛ میکروسکوپ تونلی روبشی؛ آزمون پلاریزاسیون؛ محلول سولفات سدیم یک مولار و محلول کلرور سدیم %5/3

عنوان مقاله [English]

The Effect of Annealing Temperature on The Structure and Corrosion Behavior of Nano-Quasicrystalline Al72Ni13Cr15 alloy Synthesized by Mechanical Alloying

نویسندگان [English]

M. Amini¹؛ R. Amini²؛ M. Haghighi¹؛ M. Alizadeh³؛ M.A. Zareh⁴؛ Z. Nemati¹

چکیده [English]

In the present effort, the nano quasicrystalline Al-Ni-Cr compounds were successfully synthesized by mechanical alloying and subsequent annealing and quenching. The effect of annealing temperature on the formation of crystalline and quasicrystalline phases was studied by an X-ray diffractometer and a scanning tunneling microscope. The crystallite size of quasicrystalline phase was investigated by high resolution transmission electron microscopy (HRTEM). Furthermore, the corrosion behavior of the produced compounds was evaluated by using 3-electrode potentiodynamic polarization test in both Na₂SO₄ 1M and NaCl 3.5% solutions. It was found that, the structure of the compounds is affected significantly by the annealing temperature in which the quasicrystalline phase can only be created at considerably high annealing temperatures. Accordingly, the ternary ζ-phase (with hexagonal structure), two binary phases designated γ₂ and δ (with rhombohedral and hexagonal structures, respectively) and D₃ decagonal quasicrystalline phase were formed at 900 ̊C, 1000 ̊C and 1100 ̊C, respectively and it was observed that the nano-quasicrystalline phase developed. It was also found that, the quasicrystalline phase can be improved significantly the corrosion resistance of the produced samples in both NaCl and Na₂SO₄ solutions.

کلیدواژه‌ها [English]

Nano Quasicrystalline, mechanical alloying, Scanning Tunneling Microscope, Polarization Test, Na2SO4 1M, NaCl 3.5%

مراجع

 

1- D. Shechtman, I. Blech, D. Gratias, and J.W. Cahn., "Metallic Phase with Long Range Orientational Order and No Translation Symmetry", Physical Review,Vol.53, 1951-1954, 1984.

2- D. Rouxel and P. Pigeat, "Surface Oxidation and Thin Film Preparation of AlCuFe Quasicrystals", Progress in Surface Science, Vol. 81, pp. 488-514, 2006.

3- S. Ranganathan, K. Chattopadhyay,  A. Singh and K.F. Kelton, "Decagonal Quasicrystals", Progress in Materials Science, Vol. 41, pp. 195-240, 1997.

4- Y.H. Qi, Z.P. Zhang, Z.K. Hei and C. Dong, "The Microstructure Analysis of Al-Cu-Cr Phases in Al₆₅Cu₂₀Cr₁₅ Quasicrystalline Particles /Al base Composites", Journal of Alloys and Compounds, Vol. 285, pp. 221-228, 1999.

5- S.M. Lee, J.H. Jung, E. Fleury, W.T. Kim and D.H. Kim, "Metal Matrix Composites Reinforced by Gas-atomised Al-Cu-Fe Powders", Materials Science and Engineering, Vol. 294-296, pp. 99-103, 2000.

6- C. Zhenhua, Q. Chongliang, W. Yun, J. Xiangyang and Z. Duosan, "Preparation and Study of AI-Cr, AI-Cr-Mn Quasicrystalline Powders", Journal of Materials Science, Vol. 26, pp. 6496-6500, 1991.

7- B. Grushko and D. Holland-Moritz, "Decagonal Quasicrystals in Al-Co, Al-Ni and in their Ternary Alloys", Materials Science and Engineering A, Vol. 226-228, pp. 999-1003, 1997.

8- M. Ohtsuki, N. Koshikawa, S. Yoda, R. Tamura, K. Edagawa and S. Takeuchi, "Icosahedral Quasicrystal in the Al-Rh-Si Ternary System", Journal of Alloys and Compounds, Vol. 342, pp. 42-44, 2002.

9- C.C. Koch and J.D. Whittenberge, "Review Mechanical Milling/Alloying of Intermetallics", Intemrrtdlics, Vol. 4, pp. 339-355, 1996.

10- F. Talatori, M.J. Hadiyan Fard, R. Amini and M. Alizadeh, "Characterization and Dielectric Properties of Nanocrystalline NiO-based Electroceramics Prepared by Mechanical Alloying", Journal of New Materials, Vol. 4, pp. 41-54, 2013.

11- A.P. Tsai, A. Inoue and T. Masumoto, "New Decagonal Al-Ni-Fe and Al-Ni-Co Alloys Prepared by Liquid Quenching", Materials Transactions, JIM, Vol. 30, pp. 150-154, 1989.

12- W.L. Zhou, X.Z. Li, and K.H. Kuo, "A New Hexagonal Metastable Phase Coexisting with the Decagonal Quasicrystal in AI-Cr-Ni and AI-Mn-Ni Alloys", Scripta Metallurgica, Vol. 23, pp. 1571-1574, 1989.

13- A. Inoue, H.M. Kimura, K. Sasamori and T. Masumoto, "High Mechanical Strength of Al-(V, Cr, Mn)-(Fe, Co, Ni) Quasicrystalline Alloys Prepared by Rapid Solidification", Materials Transactions, The Japan Institute of Metals and Materials, Vol. 37, pp. 1287-1292, 1996.

14- F. Weitzer, W. Xiong, N. Krendelsberger, S. Liu, Y. Du and J.C. Schuster, "Reaction Scheme and Liquidus Surface in the Al-Rich Section of the Al-Cr-Ni System", Metallurgical and Materials Transactions A, Vol. 39A, pp. 2363-2369, 2008.

15- B. Grushko, W. Kowalski, D. Pavlyuchkov, S. Mi and M. Surowiec, "Al-rich region of the Al-Ni-Cr alloy system below 900 ºC", Journal of Alloys and Compounds, Vol. 485, pp. 132-138, 2009.

16- B. Grushko, W. Kowalski, D. Pavlyuchkov, B. Przepiorzynski and M. Surowiec, "A Contribution to the Al-Ni-Cr Phase Diagram", Journal of Alloys and Compounds, Vol. 460, pp. 299-304, 2008.

17- E. Rosell-Laclau, M. Durand-Charre and M. Audier, "Liquid-solid Equilibria in the Aluminium-rich Corner of the Al-Cr-Ni System", Journal of Alloys and Compounds, Vol. 233, pp. 246-263, 1996.

18- D.W. Deng and K.H. Kuo, "Crystal Structure of the b.c.o. Al (Cr, Ni) Decagonal Approximant", Journal of Alloys and Compounds, Vol. 342, pp. 101-104, 2002.

19- V. Drits, J. Srodon and D.D. Eberl, "XRD Measurement of Mean Crystallite Thickness of Illite and Illite/Smectite: Reappraisal of the Kubler Index and the Scherrer Equation", Clays and Clay minerals, Vol. 45, pp. 461-475, 1997.

20- R.K. Mandal and S. Lele, "Periodic pentagonal and decagonal quasicrystals", Physical review letters, Vol. 62(23), pp. 2695, 1989.

21- M. Audier and P. Guyot., "Al4Mn quasicrystal atomic structure, diffraction data and Penrose tiling", Philosophical Magazine B, Vol. 53(1), pp. L43-L51, 1986.

22- E. Ura-Binczyk, N. Homazava, A. Ulrich, R. Hauert, M. Lewandowska, K.J. Kurzydlowski and P. Schmutz, "Passivation of Al-Cr-Fe and Al-Cu-Fe-Cr Complex Metallic Alloys in 1 M H2SO4 and 1 M NaOH Solutions", Corrosion Science, Vol. 53, pp. 1825-1837, 2011.

23- A. Rudiger, U. Koster, "Corrosion of Al-Cu-Fe Quasicrystals and Rlated Crystalline Phases", Journal of Non-Crystalline Solids, Vol. 250-252, pp. 898-902, 1999