بررسی ترمودینامیکی فرایند آلومینیم‌دهی تیتانیم خالص با استفاده از مخلوط پودری

مهندسی متالورژی و مواد

مقاله 2، دوره 26، شماره 1 - شماره پیاپی 11، اسفند 1393، صفحه 13-26   

نوع مقاله: علمی و پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/ma.v26i1.23221

نویسندگان

حمیدرضا کریمی زارچی^{* 1}؛ منصور سلطانیه¹؛ محمدرضا ابوطالبی¹؛ شیپینگ گوا²

¹دانشگاه علم و صنعت ایران

²دانشگاه پلی‌تکنیک شمال‌غرب چین

چکیده

در این تحقیق، از مخلوط پودری آلومینیم‌دهی حاوی یکی از دو مادهی فعّالکنندهی NaF و NH4Cl برای آلومینیم‌دهی نمونه‌های تیتانیمی خالص استفاده شد. نتایج نشان دادند که بهترتیب لایه‌هایی از جنس TiAl3،TiAl2، γ-TiAl، α2-Ti3Al و محلول جامد آلفا بر روی این نمونه‌ها در هر دو حالت تشکیل می‌شود، امّا میزان افزایش وزن نمونه‌ها و ضخامت لایهی‌ TiAl3 بههنگام استفاده از مادهی فعّالکنندهی NH4Cl بیش‎تر از حالتی بود که از NaF استفاده شد. استفاده از یک مدل ترمودینامیکی نشان داد که فشارهای جزئی گازهای حاوی آلومینیم در حالتی که از NH4Cl استفاده شد، بیشتر بود. بنابراین، نتایج مشاهدات فوقالذکر توجیه شد.

کلیدواژه‌ها

آلومیناید تیتانیم؛ آلومینیم‌دهی؛ مدل ترمودینامیکی شیمیایی؛ واکنش‌های آلومینیم‌دهی مخلوط پودری

مراجع

1. Leyens, C. and Peters, M., "Structure and properties of titanium and titanium alloys, Wiley- VCH, pp. 1-27, (2003).

2. Lutjering, G. and William, J. C., "Titanium", Springer, pp. 13-50, (2003).

3. Subrahmanyam, J. and Annapurna, J., "High temperature cyclic oxidation of aluminide layers on titanium", Oxidation of Metals, Vol. 26, pp. 275-285, (1986).

4. Deqing, W., Ziyuan, S. and Yingli, T., "Microstructure and oxidation of hot-dip aluminized titanium at high temperature", Applied Surface Science, Vol. 250, pp. 238-246, (2005).

5. Qian, Y.-H., Li, M.-S. and Lu, B., "Isothermal oxidation behavior of Ti3Al-based alloy at 700–

1000 °C in air", Transactions of Nonferrous Metals Society of China, Vol. 19, pp. 525-529, (2009).

6. Zhou, C. G., Xu, H. B. and Gong, S. K., "Study on aluminide coatings on TiAl alloys by pack cementation method", Acta Metallurgica Sinica (English Letters), Vol. 13, pp. 1148-1154, (2000).

7. Gurrappa, I. and Gogia, A. K., "High performance coatings for titanium alloys to protect against oxidation", Surface and Coatings Technology, Vol. 139, pp. 216-221, (2001).

8. Zhou, C., Xu, H., Gong, S. and Young Kim, K., "A study of aluminide coatings on TiAl alloys by the pack cementation method", Materials Science and Engineering A, Vol. 341, pp. 169-173, (2003).

9. Subrahmanyam, J., "Cyclic oxidation of aluminized Ti-14Al-24Nb alloy", Journal of Materials Science, Vol. 23, pp. 1906-1910, (1988).

10. Hodge, A. M. and Dunand, D. C., "Synthesis of nickel–aluminide foams by pack-aluminization of nickel foams", Intermetallics, Vol. 9, pp. 581-589, (2001).

11. Dunand, D. C., Hodge, A. M. and Schuh, C., "Pack aluminisation kinetics of nickel rods and foams", Materials Science and Technology, Vol. 18, pp. 326-332, (2002).

12. Choe, H. and Dunand, D. C., "Synthesis, structure, and mechanical properties of Ni-Al and Ni-Cr-Al superalloy foams", Acta Materialia, Vol. 52, pp. 1283-1295, (2004).

13. Levine, S. R. and Caves, R. M., "Thermodynamic and kinetics of pack aluminide coating formation on IN-100", Journal of the Electrochemical Society, Vol. 121, pp. 1051-1064, (1974).

14. Seigle, L. L., "Thermodynamics and kinetics of pack cementation processes.", Journal, Vol. pp. 345-369, (1984).

15. Gupta, B. K., Sarkhel, A. K. and Seigle, L. L., "On the kinetics of pack aluminization", Thin Solid Films, Vol. 39, pp. 313-320, (1976).

16. Sivakumar, R. and Seigle, L. L., "On the kinetics of the pack-aluminization process", Metallurgical Transactions A, Vol. 7 A, pp. 1073-1079, (1976).

17. Tu, D. C. and Seigle, L. L., "Kinetics of formation and microstructure of aluminide coatings on Ni-Cr alloys", Thin Solid Films, Vol. 95, pp. 47-56, (1982).

18. Kandasamy, N., Seigle, L. L. and Pennisi, F. J., "The kinetics of gas transport in halide-activated aluminizing packs", Thin Solid Films, Vol. 84, pp. 17-27, (1981).

19. Kandasamy, N., "Erratum: The kinetics of gas transport in halide-activated aluminizing packs ", Thin Solid Films, Vol. 503, pp. 277-278, (2006).

20. Nciri, B. and Vandenbulcke, L., "Thermodynamic study of the aluminizing of the iron and alloy steels by thermochemical technique", Journal of the Less Common Metals, Vol. 95, pp. 55-72, (1983).

21. Nciri, B. and Vandenbulcke, L., "Theoretical and experimental study of the aluminization of iron and steel in the pack and in the gas phase", Thin Solid Films, Vol. 139, pp. 311-324, (1986).

22. Kung, S. C. and Rapp, R. A., "Fundamental kinetic study of aluminization of iron by pack cementation at 900°C", Surface and Coatings Technology, Vol. 32, pp. 41-56, (1987).

23. Kung, S. C. and Rapp, R. A., "kinetic study of aluminization of iron by using the pack cementation technique", Journal of The Electrochemical Society, Vol. 135, pp. 731-741, (1987).

24. Raghavan, V., "Ti-Al phase Diagram", Journal of phase equilibrium and diffusion, Vol. 26, pp. 171-172, (2005).

25. کریمی زارچی, ح. ر. ، "بررسی تشکیل آلومیناید تیتانیم از طریق آلومینایزینگ گازی"، دانشکده مهندسی مواد و متالورژی، دانشگاه علم و صنعت ایران، (1392).

26. میرجلیلی, م.، "مکانیزم و سینتیک تشکیل ترکیبات بین فلزی در زوج نفوذی آلومینیوم-تیتانیم"، دانشکده مهندسی مواد و متالورژی، دانشگاه علم و صنعت ایران، (1391).

27. Eckert, M., Bencze, L., Kath, D., Nickel, H. and Hilpert, K., "Thermodynamic activities in the alloys of the Ti-Al system", Physical Chemistry Chemical Physics, Vol. 100, pp. 418-424, (1996).

28. Karimi Zarchi, H. R., Soltanieh, M., Aboutalebi, M. R. and Guo, X., "Thermodynamic study on pack aluminizing systems of pure titanium and nickel", Transactions of Nonferrous Metals Society of China, Vol. 23, pp. 1838-1846, (2013).