ساخت آلیاژهای آمورف حجیم بر پایه تیتانیم به روش آلیاژسازی مکانیکی و تف‌جوشی پلاسمایی و بررسی ساختار و رفتار خوردگی

فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین

دوره 15، شماره 55، اردیبهشت 1403   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.30495/jnm.2024.33830.2053

نویسندگان

حسین ناصری¹؛ بهنام لطفی^{* 2}؛ زهره صادقیان²

¹دانشجوی دکترای مهندسی مواد، گروه مهندسی مواد، دانشکده مهندسی، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران

²دانشیار گروه مهندسی مواد، دانشکده مهندسی، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران

تاریخ دریافت: 06 شهریور 1403،  تاریخ بازنگری: 01 مهر 1403،  تاریخ پذیرش: 05 مهر 1403 

چکیده

مواد آمورف به دلیل خواص ویژه مورد توجه محققان دانشگاهی و صنعت می‌باشند. این مواد از نظر الکترونیکی و نوری مانند فلزات معمولی هستند، اما عدم وجود کریستال ها و عیوب مانند جای‌خالی، جابجایی و مرز دانه ها باعث افزایش خواص شیمیایی، فیزیکی و مکانیکی در آنها شده است.
در این پژوهش آلیاژهای آمورف Ti47-Cu38-Zr7.5-Fe2.5-Sn2-Si1-Ag2 و Ti46-Cu27.5-Zr11.5-Co7-Sn3-Si1-Ag4 (درصد اتمی) به روش آلیاژسازی مکانیکی و فرایند تف‌جوشی پلاسمایی ساخته شد و ساختار و مقاومت خوردگی آنها ارزیابی گردید. به منظور برسی دگرگونی فازها، ارزیابی پایداری حرارتی و ریزساختار پودر و نمونه‌های متراکم‌ شده به ترتیب از XRD، DSC و FE-SEM و جهت ارزیابی خوردگی از روش پلاریزاسیون استفاده شد.
زمان آسیاکاری مناسب برای حصول ساختار آمورف در پودر آلیاژهای ذکر شده 45 ساعت است. پودرهای حاصل دارای شکل تقریبا کروی با سطح نسبتاً هموار بوده و متوسط اندازه ذرات پودر حاوی آهن بیشتر از اندازه ذرات پودر حاوی کبالت می‌باشد. پودر آلیاژهای آمورف Ti47-Cu38-Zr7.5-Fe2.5-Sn2-Si1-Ag2 و Ti46-Cu27.5-Zr11.5-Co7-Sn3-Si1-Ag4 (درصد اتمی) به وسیله فرایند تف‌جوشی پلاسمایی در دماهای 300 و 420 درجه ‌سانتی‌گراد و فشار 180 مگاپاسکال متراکم شدند. در حالیکه نمونه‌های تف جوشی شده در دمای 420 درجه ‌سانتی‌گراد مقداری ساختار کریستالی در الگوی پراش از خود نشان داد، در دمای 300 درجه سانتی‌گراد ساختار آمورف در قطعات حاصل حفظ شد.
نتیجه‌گیری: با تف‌جوشی پلاسمایی در دمای 300 درجه ‌سانتی‌گراد و فشار 180 مگاپاسکال، ساختار آمورف در نمونه‌های تف‌جوشی شده حفظ شد. آلیاژ TiCuZrSnSiAgFe مقاومت به خوردگی بهتری در محلول شبیه‌سازی بدن نسبت به آلیاژ TiCuZrSnSiAgCo و آلیاژ مرسوم Ti6Al4V نشان داد.

کلیدواژه‌ها

آلیاژهای آمورف؛ آلیاژسازی مکانیکی؛ فرایند SPS

عنوان مقاله [English]

Fabrication of Ti Bulk amorphous alloys by mechanical alloying and plasma sintering methods and evaluation of structure and corrosion behavior

نویسندگان [English]

Hossein Naseri¹؛ Behnam Lotfi²؛ Zohreh Sadeghian²

¹PhD student of Materials Engineering, Department of Materials Science and Engineering, Faculty of Engineering, Shahid Chamran University of Ahvaz, Ahvaz, Iran

²Associate Professor, Department of Materials Science and Engineering, Faculty of Engineering, Shahid Chamran University of Ahvaz, Ahvaz, Iran

چکیده [English]

Abstract
Introduction: Amorphous materials are of interest to academic and industry researchers due to their special properties. Optically and electronically they look like ordinary metals, but the absence of crystals and defects as vacancies, dislocations, or grain boundaries increase their chemical, physical and mechanical properties.
Methods: In this study, Ti47-Cu38-Zr7.5-Fe2.5-Sn2-Si1-Ag2 and Ti46-Cu27.5-Zr11.5-Co7-Sn3-Si1-Ag4 (%at) Amorphous alloys were produced by the mechanical alloying (MA) process and spark plasma sintering (SPS) technique, and their structure and corrosion behavior were evaluated. In order to study phase evolutions, evaluate the thermal stability and microstructure of the powder and compacted samples, XRD, DSC and FE-SEM were used, respectively. Furthermore, polarization method was used to evaluate corrosion.
Findings: The results showed that 45 hours of milling can tend to amorphization of powders. Ti47-Cu38-Zr7.5-Fe2.5-Sn2-Si1-Ag2 and Ti46-Cu27.5-Zr11.5-Co7-Sn3-Si1-Ag4 (%at) amorphous powders were compacted by plasma sintering process at 300 and 420 °C under 180 Mpa uniaxial pressure. The evaluation of the compacted samples showed that the samples sintered at 300°C temperature under 180 MPa retained their amorphous state. Additionally, investigation of corrosion behavior revealed that the amorphous TiCuZrSnSiAgFe alloy exhibited better corrosion resistance in the body simulation solution in comparison with TiCuZrSnSiAgCo and conventional Ti6Al4V alloys.

کلیدواژه‌ها [English]

Amorphous alloys, mechanical alloying, SPS process

مراجع