بررسی تاثیر حضور ذرات اکسید تیتانیوم در جلوگیری از رشد دانه‌های NiTi در فرآیند تف‌جوشی

مهندسی متالورژی و مواد

مقاله 14، دوره 33، شماره 3 - شماره پیاپی 27، آبان 1401، صفحه 11-24   

نوع مقاله: علمی و پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jmme.2022.76601.1051

نویسندگان

هادی نصیری^{* 1}؛ مرتضی گل محمدی²

¹گروه مهندسی مواد، دانشکده مهندسی مکانیک و مواد، دانشگاه صنعتی بیرجند، بیرجند، ایران

²گروه مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی معدن، عمران و شیمی، دانشگاه صنعتی بیرجند، بیرجند، ایران

چکیده

یکی از مشکلات تف­جوشی مواد نانو اندازه، رشد دانه در حین این فرایند است. از آنجایی که کارایی­های منحصر به‌فرد مواد نانو تا زمانی که در محدوده اندازه زیر 100 نانومتر باشند، وجود دارد، به­منظور جلوگیری از این پدیده و کاهش سرعت رشد دانه­ها راهکارهای مختلفی از جمله افزودن ذرات اکسیدی اتخاذ می­شود. در این پژوهش از ذرات اکسید تیتانیوم به علت دارا بودن پایداری حرارتی مناسب به میزان ده درصد برای جلوگیری از رشد دانه­ های آلیاژ نانوساختار NiTi در هنگام عملیات تف­جوشی استفاده شد. چگونگی تأثیر ذرات اکسید تیتانیوم توسط آزمون­های پراش پرتو ایکس و گرماسنج تفاضلی روبشی مورد بررسی قرار گرفت. به این منظور دو گروه نمونه تهیه شدند، یک گروه از نمونه­ها بدون حضور اکسید تیتانیوم و گروه دیگر در حضور این اکسید مورد مطالعه قرار گرفتند. نتایج بررسی سنیتیکی در شرایط هم­دما و غیرهم­دما بر روی هر دو گروه نمونه نشان داد، رشد دانه­ها بعد از فرایند، در حضور این اکسید تا دو برابر اندازه اولیه و قبل از تف­جوشی رخ داد. اما میزان رشد در عدم حضور اکسید تیتانیوم تا پنج برابر افزایش یافت. علت این مسئله، میزان انرژی فعال­سازی لازم برای رشد دانه­ها است. این انرژی در نمونه بدون اکسید تیتانیوم برابر 85/31 کیلوژول و در نمونه با حضور ده درصد از این اکسید برابر 96/47 کیلوژول بوده است. همچنین نتایج برای دو گروه بدون اکسید و در حضور اکسید، برای سد انرژی جوانه­زنی به­ترتیب برابر 93/9 و 75/7 کیلوژول و برای انرژی فعال­سازی رشد دانه به­ترتیب 4/13 و 4/14 کیلوژول بر اساس داده­های DSC محاسبه شد.

کلیدواژه‌ها

رشد دانه؛ اکسید تیتانیوم؛ DSC؛ NiTi

مراجع

1. Golmohammadi, M., Nasiri, H., "Synthesis and Characterization of Bentonite-SnO2 Nanocomposite in Supercritical Water Environment", Journal of Metallurgical and Materials Engineering, 33, Pp. 87-96, (2022).
2. Golmohammadi, M., Nasiri, H., "Synthesis and Characterization of CexZr1-xO2 using Supercritical Water", Journal of Applied Research of Chemical-Polymer Engineering,3, Pp. 3-12 (2020).
3. Nasiri, H., Vahdati Khaki, J., Haddad Sabzevar, M., "Fast prepared Ni-Al2O3 nanocomposite through solution combustion synthesis", Synthesis and Reactivity in Inorganic, Metal-Organic, and Nano-Metal Chemistry, 45, Pp. 1241-1244, (2015).
4. Yang, Y., Zhang, C., Lai, C., Zeng, G., Huang, D., Cheng, M., Wang, J., Chen, F., Zhou, C., Xiong, W., "BiOX (X= Cl, Br, I) photocatalytic nanomaterials: applications for fuels and environmental management", Advances in colloid and interface science, 254, Pp.76-93, (2018).
5. Sharma, N., Raj, T., Jangra, K. K., "Microstructural evaluation of NiTi-powder, steatite, and steel balls after different milling conditions", Materials and Manufacturing Processes, 31, Pp.628-632, (2016).
6. Obada, D. O., Dauda, E. T., Abifarin, J. K., Dodoo-Arhin, D., Bansod, N. D., "Mechanical properties of natural hydroxyapatite using low cold compaction pressure: Effect of sintering temperature", Materials Chemistry and Physics, 239, Pp. 122099, (2020).
7. Chen, P., Cai, H., Li, MaoyuanLi, Z., et.al, "Crystallization kinetics of polyetheretherketone during high temperature-selective laser sintering ", Additive Manufacturing, 36, Pp. 101615, (2020).
8. Robinston JeyasinghSwikker, K., Kanagasabapathy, H., NeethiManickam, I., Vijay PonrajNadar, N., Alwin, S., "Effect of sintering temperature on grain growth and mechanical properties of copper/graphene nanosheet composite", Diamond and Related Materials, 110, Pp. 108111, (2020).
9. Poletik, T. M., Girsov, S. L., Lotkov, A. I., "Ti₃Ni₄ precipitation features in heat-treated grain / subgrain nanostructure in Ni-rich TiNi alloy", Intermetallics,127, Pp. 106966, (2020).
10. Fu, W., Li, Z., Xu, W., Wang, Y., Sun, Y., Dai, Y., "Exceptionally thermal-stable Al₂O₃/TiO₂ nanofibers by depressing surface-initiated grain growth as new supports for anti-sintering Pt nanoparticles", Materials Today Nano, 11, Pp. 100088, (2020).
11. LifengXu, DongshengWang, "Grain growth characteristics of plasma-sprayed nanostructured Al2O3-13wt.%TiO₂ coatings during laser remelting", Ceramics International,47, Pp. 15052-15058, (2021).
12. Hou, J., Kumar, R., Qu, Y., Krsmanovic, D., "Crystallization kinetics and densification of YAG nanoparticles from various chelating agents", Materials Research Bulletin, 44, Pp.1786-1791, (2009).
13. Nowak-Woźny, D., Ferens, W., Wach, J., "Using dissipation factor method in testing the ash sintering process of cereal pellet and coal fuels", Energy, 250, Pp.123718, (2022).
14. Al-Shankiti, I. A., Ehrhart, B. D., Ward, B. J., Bayon, A., Wallace, M. A., Bader, R., Kreider, P., Weimer, A. W., "Particle design and oxidation kinetics of iron-manganese oxide redox materials for thermochemical energy storage", Solar Energy, 183, Pp. 17-29, (2019).
15. Arunkumar, S., Kumaravel, P., Velmurugan, C., Senthilkumar, V., "Microstructures and mechanical properties of nanocrystalline NiTi intermetallics formed by mechanosynthesis", International Journal of Minerals, Metallurgy, and Materials,25, Pp.80-87, (2018).
16. Saeed, E. M., Dawood, N. M., Hasan, S. F., "Improvement corrosion resistance of Ni-Ti alloy by TiO2 coating and hydroxyaptite/TiO2 composite coating using micro arc oxidation process", Materials Today: Proceedings, 42, Pp.2789-2796, (2021).
17. Kibasomba, P. M., Dhlamini, S., Maaza, M., Liu, C. -P., Rashad, M. M., Rayan, D. A., Mwakikunga, B. W., "Strain and grain size of TiO2 nanoparticles from TEM, Raman spectroscopy and XRD: The revisiting of the Williamson-Hall plot method", Results in Physics,9, Pp. 628-635, (2018).
18. Lorenzo, A. T., Arnal, M. L., Albuerne, J., Müller, A. J., "DSC isothermal polymer crystallization kinetics measurements and the use of the Avrami equation to fit the data: Guidelines to avoid common problems", Polymer testing,26, Pp.222-231, (2007).
19. Choi, H., Kim, Y., Rim, Y., Yang, Y., "Crystallization kinetics of lithium niobate glass: determination of the Johnson–Mehl – Avrami – Kolmogorov parameters", Physical Chemistry Chemical Physics,15, Pp.9940-9946, (2013).