ریزساختارهای یوتکتیک و هیپریوتکتیک آلیاژ(Al-Ge)
تهیه کننده : اثیر کربلایی
منبع : راسخون
منبع : راسخون
در این مقاله ریزساختارهای یوتکتیک و هیپریوتکتیک آلیاژAl-Ge))تحت فشارهای مختلف توسط میکروسکوپهای نوری والکترونی روبشی برای آنالیز اثرفشار روی ساختار یوتکتیکی دراین آلیاژهای فلزی مشاهده شدند.مشاهده شدکه با افزایش فشاراز4تا5گیگا پاسکال بطور مشخصی ریز ساختارآلیازGe(w t53%)Al- بهسازی شد. مشاهده شد که شاخه های فرعی ریزساختاریوتکتیکی که در این آلیاژتحت فشارطبیعی منجمدشده اندتحت فشار بالایGPa5تمایل به محو شدن دارندبوسیلهTEM میکروسکوپ نوری تغییرات شکل رشدژرمانیم ازواضح تا غیر واضح در آلیاژهای جامد شده تحت فشار GPa 5مشاهده شدند.
حلالیت GeدرAlتا18%با فشارGpa7قابل افزایش است و دو فاز بلوری میانی با مقدار 50- 45و68 درصدGe تحت فشارهای بالا برای این آلیاژها قابل مشاهده اند(2).
تحت فشارGPa9 در دمایok320فاز میانی(گاما)γبا ساختار هگزاگونالی با پارامتر شبکهnm2830/.= aوnm2622/0= cدرآلیاژ70Ge30Alپیدا میشود(2).
در سال 1998منحنی سالیدوس تحت فشارهای مختلف برای آلیاژهای Al-Geبوسیله کاگایا و همکارانش(3) با قانون ذوب لیندمن بدست آمد.مشاهده شد که با افزایش فشار منحنی سالیدوس در دیاگرام فازی(Al-Ge) بالا می آید و به سمت Geحرکت میکند. اخیرا"تحقیقات بسیار وبسیاری در آلیاژهایAl-Geمشخصا"با سرعت های سرد شدن زیاد برای پیدا کردن فاز های نیمه پایدارصورت گرفته است. اما تحقیقات روی تاثیر فشار در ریز ساختارهای انجمادی آلیاژهای Al-Geخیلی محدودند.
در این تحقیق اثرفشار روی فرایند انجماد این آلیاژها ابتدائا"مورد توجه قرار گرفته سپس اثر فشار روی ریزساختارهای آلیاژهای هیپریوتکتیک با میکروسکوپ های نوری(OM)الکترونی روبشی, (SEM)الکترونی عبوری و تشخیص فاز توسط پراش اشعهX (XRD)صورت گرفته است.
که در این معادله p فشار- dT تغییرات نقطه ذوب -Tm نقطه ذوب -1V حجم جامد –2Vحجم مایع وΔHmگرما ی نهان ذوب میباشند. بدلیل اینکه حجم آلومینیوم خالص و ژرمانیم خالص در تماس با هم وقتیکه تحت فشارهای بالا ذوب میشوند منبسط میگردد. از معادله (1) حاصل میشود که نقطه ذوب Alخالص تا 1304کلوین بالا میرود و نقطه ذوب Geخالص از 1210به 1015کلوین تحت فشار GPa5 وتا 988کلوین تحت فشار GPa6 کاهش می یابد.
بنابراین نتیجه میشود که تحت فشارGPa6 نقطه ذوب برای فاز(β) Ge پایین تر از فاز(α) Al میباشد.
بر طبق تحقیقات کاگایا و همکارانش (3) تاثیر فشار روی دیاگرام فازی Al-Ge با قانون ذوب Lindman قابل بررسی است.با افزایش فشار حلالیت Ge در Al افزایش می یابد اما دمای یوتکتیک تغییر زیادی نمی کند بنا بر ایننقطه یوتکتیک در جهت Ge در دیاگرام فازی Al-Ge حرکت میکند و دیاگرام فازی تقریبی شکل 4 حاصل میشود.شکل 5 مورفولوژی یوتکتیک آلیاژGe53% Al- که تحت قشار بالا منجمد شده را نشان میدهد از این شکل فهمیده میشود که گوشه ها و لبه های Ge گرد و روان میشوند وقتیکه تحت فشار بالا منجمد میشوند . این مساله نشان میدهد که شکل رشد Ge به تدریج از واضح به سمت غیر واضح تحت فشار بالا تغییر میکند . بنابراین انجماد آلیاژهای یوتکتیک و هیپر یوتکتیک Al-Ge تحت فشارهای بالا شاخه های فرعی لایه های یوتکتیک را از بین می برد وریز ساختار بهسازی شده ای از یوتکتیک و بنا براین با این تکنیک کامپوزیتیاز یوتکتیک لایه ای فلز –نیمه هادی قابل حصول است .
درجه ذوب آلومینیوم C 658 سانتیگراد است ، درجه ذوب اکسید آلومینیوم در حدود 2000 درجه سانتی گراد می باشد. برای بر طرف کردن این اکسید که مانع عمل جوش کاری می باشد از پوشش هائی که تولید سربارهای مخصوص می نماید استفاده می کنند وگرد آلومینیوم یا گرد جوشکاری آلومینیوم بر طرف کننده قشر اکسید شده و کثافات سطحی می باشد.
لایه حاصل ممكن است به ضخامتی تا حدود 127 میكرون برسد كه پوستهای بسیار سخت است. موارد استفاده یك چنین پوشش سخت و مقاوم سائیدگی بسیار وسیع است. عمر مفید قطعاتی چون چرخ دندهها و پیستون هواپیما، لوله تفنگ، چرخ دندههای كامپیوتر، لبههای پرههای هلیكوپتر و افشانكهای پیستولههای پاشش فلزات را میتوان به این طریق افزایش داد.
پس از تمام شدن قطعات آند، قطعات جدیدی جایگزین میگردد و این عمل معمولاً هر دو تا ده سال بر حسب شدت خوردگی انجام میگیرد.
مزایای وزن مخصوص عبارتند از:
1- حمل و نقل ارزانتر: چه در مورد حمل و نقل كالاهای آلومینیومی و چه در مورد وسیله نقلیه ساخته شده از آلومینیوم.
2- ظرفیت بیشتر: امكان صرفهجویی در وزن ساختمانهای آلومینیومی بخوبی در پایهها و تاسیسات حفاری چاههای نفت دیده میشود. لولههای حفاری كه شافت مته حفاری نیز محسوب میگردد امروزه از آلومینیوم ساخته میشود. وزن كم این لوله خود میتواند ظرفیت دكل حفاری كه باید تمام وزن سیم مته را تحمل نماید دو برابر كند.
3 -صرفهجویی در كار: بعلت سبكی كه به معنی نصب سریعتر و اقتصادیتر ساختمانها، تعداد كمتر كارگر مورد نیاز و خستگی كمتر استفاده از وسایل آلومینیومی خانگی است.
4- ممان اینرسی كمتر: در نتیجه دانسیته آلومینیوم ممان اینرسی قطعات آلومینیومی كمتر میگردد. این كلمه نام علمی برای تمایل یك قطعه برای متوقف و یا در حالت یكنواخت ماندن مگر اینكه یك نیروی خارجی اعمال گردد میباشد. هر چه قطعه سنگینتر باشد ممان اینرسی آن بیشتر و كار بیشتری برای حركت دادن و یا متوقف كردن آن مورد نیاز است. ماشینكاریهای سریع مدرن امروزی نیاز به موادی با ممان اینرسی كم دارد طوریكه كه بتوان بسرعت و با بازدهی خوب دستگاه را بكار انداخت و یا از كار باز داشت، این مطلب خصوصاً برای دستگاههای بستهبندی و ماشینهای چاپ با قطعات دارای حركت متناوب صادق است.
5-تعداد قطعات بیشتر به ازای هر كیلو وزن: وزن كمتر بمعنی تعداد قطعات بیشتر به ازای هر كیلو وزن است. میخ، پیچ، مهره و واشر آلومینیومی را میتوان به ازای واحد وزن تا سه برابر تعداد قطعات مشابه فولادی ساخت.
الکترود مخصوص آلومینیوم خالص در دستگاهها در ایران معروف به نام آما 1075
رنگ شناسائی : انتها- قهوه ای باخال نقره ای
الکترود آلومینیوم روپوش شده برای جوشکاری آلومینیوم خالص در مخازن و دستگاهها می باشد. این الکترود دارای جریان نرم است و در تمام حالات به خوبی جوش می خورد و چون نقطه ذوب آن پایین است خیلی زود آب می شود. برای جلوگیری از سوختن و پاشیدن باید طول قوس را حتی المقدور کوتاه نگهداشت. برای به دست آوردن درز صاف و بدون سوراخ در قطعات کلفت تر از 8 میلیمتر بهتر است قطعه تا 200 درجه سانتیگراد گرم شود. قطر الکترود را معادل ضخامت دیواره جوش دادنی انتخاب می کنند. برای به دست آوردن درز جوش مقاوم در الکتروشیمی لازم است که بقایای سرباره جوش را خوب پاک کنند. جنس روپوش رطوبت جذب می نماید و باید الکترودها را حتماً در محل خشک نگهداری کنند. الکترودهائی که مرطوب شده باشند می تواند در حرارت 200 درجه سانتیگراد دوباره خشک شوند.
مقدمه:
حلالیت GeدرAlتا18%با فشارGpa7قابل افزایش است و دو فاز بلوری میانی با مقدار 50- 45و68 درصدGe تحت فشارهای بالا برای این آلیاژها قابل مشاهده اند(2).
تحت فشارGPa9 در دمایok320فاز میانی(گاما)γبا ساختار هگزاگونالی با پارامتر شبکهnm2830/.= aوnm2622/0= cدرآلیاژ70Ge30Alپیدا میشود(2).
در سال 1998منحنی سالیدوس تحت فشارهای مختلف برای آلیاژهای Al-Geبوسیله کاگایا و همکارانش(3) با قانون ذوب لیندمن بدست آمد.مشاهده شد که با افزایش فشار منحنی سالیدوس در دیاگرام فازی(Al-Ge) بالا می آید و به سمت Geحرکت میکند. اخیرا"تحقیقات بسیار وبسیاری در آلیاژهایAl-Geمشخصا"با سرعت های سرد شدن زیاد برای پیدا کردن فاز های نیمه پایدارصورت گرفته است. اما تحقیقات روی تاثیر فشار در ریز ساختارهای انجمادی آلیاژهای Al-Geخیلی محدودند.
در این تحقیق اثرفشار روی فرایند انجماد این آلیاژها ابتدائا"مورد توجه قرار گرفته سپس اثر فشار روی ریزساختارهای آلیاژهای هیپریوتکتیک با میکروسکوپ های نوری(OM)الکترونی روبشی, (SEM)الکترونی عبوری و تشخیص فاز توسط پراش اشعهX (XRD)صورت گرفته است.
روش آزمایش:
نتایج آزمایش و بحث :
که در این معادله p فشار- dT تغییرات نقطه ذوب -Tm نقطه ذوب -1V حجم جامد –2Vحجم مایع وΔHmگرما ی نهان ذوب میباشند. بدلیل اینکه حجم آلومینیوم خالص و ژرمانیم خالص در تماس با هم وقتیکه تحت فشارهای بالا ذوب میشوند منبسط میگردد. از معادله (1) حاصل میشود که نقطه ذوب Alخالص تا 1304کلوین بالا میرود و نقطه ذوب Geخالص از 1210به 1015کلوین تحت فشار GPa5 وتا 988کلوین تحت فشار GPa6 کاهش می یابد.
بنابراین نتیجه میشود که تحت فشارGPa6 نقطه ذوب برای فاز(β) Ge پایین تر از فاز(α) Al میباشد.
بر طبق تحقیقات کاگایا و همکارانش (3) تاثیر فشار روی دیاگرام فازی Al-Ge با قانون ذوب Lindman قابل بررسی است.با افزایش فشار حلالیت Ge در Al افزایش می یابد اما دمای یوتکتیک تغییر زیادی نمی کند بنا بر ایننقطه یوتکتیک در جهت Ge در دیاگرام فازی Al-Ge حرکت میکند و دیاگرام فازی تقریبی شکل 4 حاصل میشود.شکل 5 مورفولوژی یوتکتیک آلیاژGe53% Al- که تحت قشار بالا منجمد شده را نشان میدهد از این شکل فهمیده میشود که گوشه ها و لبه های Ge گرد و روان میشوند وقتیکه تحت فشار بالا منجمد میشوند . این مساله نشان میدهد که شکل رشد Ge به تدریج از واضح به سمت غیر واضح تحت فشار بالا تغییر میکند . بنابراین انجماد آلیاژهای یوتکتیک و هیپر یوتکتیک Al-Ge تحت فشارهای بالا شاخه های فرعی لایه های یوتکتیک را از بین می برد وریز ساختار بهسازی شده ای از یوتکتیک و بنا براین با این تکنیک کامپوزیتیاز یوتکتیک لایه ای فلز –نیمه هادی قابل حصول است .
نتیجه گیری :
آلومینیوم
درجه ذوب آلومینیوم C 658 سانتیگراد است ، درجه ذوب اکسید آلومینیوم در حدود 2000 درجه سانتی گراد می باشد. برای بر طرف کردن این اکسید که مانع عمل جوش کاری می باشد از پوشش هائی که تولید سربارهای مخصوص می نماید استفاده می کنند وگرد آلومینیوم یا گرد جوشکاری آلومینیوم بر طرف کننده قشر اکسید شده و کثافات سطحی می باشد.
پوشش آلومینیومی دادن Alcladding:
آندایزه كردن (آبكاری( Anodizing:
پوشش سخت دادن Hard Coating:
لایه حاصل ممكن است به ضخامتی تا حدود 127 میكرون برسد كه پوستهای بسیار سخت است. موارد استفاده یك چنین پوشش سخت و مقاوم سائیدگی بسیار وسیع است. عمر مفید قطعاتی چون چرخ دندهها و پیستون هواپیما، لوله تفنگ، چرخ دندههای كامپیوتر، لبههای پرههای هلیكوپتر و افشانكهای پیستولههای پاشش فلزات را میتوان به این طریق افزایش داد.
حفاظت كاتدی Cathodic Protection:
پس از تمام شدن قطعات آند، قطعات جدیدی جایگزین میگردد و این عمل معمولاً هر دو تا ده سال بر حسب شدت خوردگی انجام میگیرد.
وزن مخصوص كم:
مزایای وزن مخصوص عبارتند از:
1- حمل و نقل ارزانتر: چه در مورد حمل و نقل كالاهای آلومینیومی و چه در مورد وسیله نقلیه ساخته شده از آلومینیوم.
2- ظرفیت بیشتر: امكان صرفهجویی در وزن ساختمانهای آلومینیومی بخوبی در پایهها و تاسیسات حفاری چاههای نفت دیده میشود. لولههای حفاری كه شافت مته حفاری نیز محسوب میگردد امروزه از آلومینیوم ساخته میشود. وزن كم این لوله خود میتواند ظرفیت دكل حفاری كه باید تمام وزن سیم مته را تحمل نماید دو برابر كند.
3 -صرفهجویی در كار: بعلت سبكی كه به معنی نصب سریعتر و اقتصادیتر ساختمانها، تعداد كمتر كارگر مورد نیاز و خستگی كمتر استفاده از وسایل آلومینیومی خانگی است.
4- ممان اینرسی كمتر: در نتیجه دانسیته آلومینیوم ممان اینرسی قطعات آلومینیومی كمتر میگردد. این كلمه نام علمی برای تمایل یك قطعه برای متوقف و یا در حالت یكنواخت ماندن مگر اینكه یك نیروی خارجی اعمال گردد میباشد. هر چه قطعه سنگینتر باشد ممان اینرسی آن بیشتر و كار بیشتری برای حركت دادن و یا متوقف كردن آن مورد نیاز است. ماشینكاریهای سریع مدرن امروزی نیاز به موادی با ممان اینرسی كم دارد طوریكه كه بتوان بسرعت و با بازدهی خوب دستگاه را بكار انداخت و یا از كار باز داشت، این مطلب خصوصاً برای دستگاههای بستهبندی و ماشینهای چاپ با قطعات دارای حركت متناوب صادق است.
5-تعداد قطعات بیشتر به ازای هر كیلو وزن: وزن كمتر بمعنی تعداد قطعات بیشتر به ازای هر كیلو وزن است. میخ، پیچ، مهره و واشر آلومینیومی را میتوان به ازای واحد وزن تا سه برابر تعداد قطعات مشابه فولادی ساخت.
مقاومت زیاد در مقابل خوردگی:
انتخاب الکترود برای جوشکاری آلومینیوم با برق
طریقه جوشکاری آلومینیوم با برق
الکترود مخصوص آلومینیوم خالص در دستگاهها در ایران معروف به نام آما 1075
رنگ شناسائی : انتها- قهوه ای باخال نقره ای
الکترود آلومینیوم روپوش شده برای جوشکاری آلومینیوم خالص در مخازن و دستگاهها می باشد. این الکترود دارای جریان نرم است و در تمام حالات به خوبی جوش می خورد و چون نقطه ذوب آن پایین است خیلی زود آب می شود. برای جلوگیری از سوختن و پاشیدن باید طول قوس را حتی المقدور کوتاه نگهداشت. برای به دست آوردن درز صاف و بدون سوراخ در قطعات کلفت تر از 8 میلیمتر بهتر است قطعه تا 200 درجه سانتیگراد گرم شود. قطر الکترود را معادل ضخامت دیواره جوش دادنی انتخاب می کنند. برای به دست آوردن درز جوش مقاوم در الکتروشیمی لازم است که بقایای سرباره جوش را خوب پاک کنند. جنس روپوش رطوبت جذب می نماید و باید الکترودها را حتماً در محل خشک نگهداری کنند. الکترودهائی که مرطوب شده باشند می تواند در حرارت 200 درجه سانتیگراد دوباره خشک شوند.
رنگ شناسائی : انتها – قهوه ای
روانسازها در جوشکاری آلومینیوم با برق
منابع:
1- http://www.metallurgyis.ir
2- http://daneshnameh.roshd.ir
3- مجموعه مقالههاي شانزدهمين سمينار سالانه جامعه ريختهگران ايران ناشرانتشارات جامعه ريخته گران ايران