ساختار میکروسکوپى یک ابر آلیاژ

مواد به کار رفته در توربین‌هاى دور بالا (توربین‌‌هایى که دائماً و با سرعت بالا در حال کار هستند) نه تنها باید در برابر نیروهاى مکانیکى بسیار قوى، مقاوم باشند، بلکه باید خواص مکانیکى و شیمیایى خود را تا نزدیکى دماى ذوب
شنبه، 17 اسفند 1392
تخمین زمان مطالعه:
موارد بیشتر برای شما
ساختار میکروسکوپى یک ابر آلیاژ
ساختار میکروسکوپى یک ابر آلیاژ

 

ترجمه: حمید وثیق زاده انصاری
منبع:راسخون



 
چه چیزى ابر آلیاژها را خارق العاده کرده است: ساختار میکروسکوپى سلسله مراتبى شکل یک ابر آلیاژ
مواد به کار رفته در توربین‌هاى دور بالا (توربین‌‌هایى که دائماً و با سرعت بالا در حال کار هستند) نه تنها باید در برابر نیروهاى مکانیکى بسیار قوى، مقاوم باشند، بلکه باید خواص مکانیکى و شیمیایى خود را تا نزدیکى دماى ذوب خود، حفظ کنند. براى این منظور، سازندگان این‌گونه توربین‌ها سال‌هاست که آلیاژهاى مخصوصى با پایه‌ى نیکل، و با دوام بسیار بالا را براى ساختن توربین‌هاى خود مورد استفاده قرار مى‌دهند. هم اکنون کار جدید شرکت‌هاى 'هلمهولتز زنترون برلین فور ماتریالین (مرکز تخصصی شناخت مواد هلمهولتز در برلین)' و 'انرگى'، با جزئیات، همه چیز را در مورد این که چگونه فازهاى جدید در آلیاژهاى با پایه نیکل را نشان مى‌دهد و‌ سر نخ این که چگونه مى‌توان آلیاژها را تبدیل به آلیاژهاى با دوام کرد ارائه مى‌دهد.
ساختار میکروسکوپى یک ابر آلیاژ
ماتریس γ (بنفش) را مى‌توان در اطراف رسوب‌هاى مکعبى شکل 'γ (سبز رنگ) دید. تنها مقادیر کمى از صفحات بشقابی شکل بسیار ریز (در ابعاد نانو) γ را مى‌توان در رسوبات 'γ دید. کاوش از طریق پرتو نگارى مقطعى، اجازه‌ى تجزیه و تحلیل مقطعى از نقاط مشخص را، در ابعاد اتمى به ما داده و ترکیب شیمیایى، در ناحیه‌هاى مستقل و مختلف را براى ما آشکار مى‌کند.
دانشجوى دکترا، فلوریان وگل و پروفسور نلیا واندرکا از انستیتوى مواد کاربردى HZB، با ظرافت این دو شیوه را براى انجام این مهم، با هم ترکیب کردند: جا به جایى میکروسکوپى الکترون (Tem) و پرتو نگارى مقطعى (APT) که این کار با همکارى همکارانى از دانشگاه مونستر انجام پذیرفت.
آن‌ها به پدیده‌ى فاز جدا سازى علاقه‌مند بودند که براى ٥٠ سال است که شناخته شده است، ولى نه کسى توانسته بود به صورت دقیق آن را مشاهده کند و نه کسى توانسته بود تا کنون آن را به صورت کامل درک کند: ساختار میکروسکوپى آلیاژهاى با پایه نیکل تحت عملیات حرارتى کنترل شده یا همان عملیات سخت سازى سریع کنترل شده (ایجینگ)، تغییر کرده و در ساختار میکروسکوپى کلاسیک دو فازى، فاز جدیدى، از نو تشکیل مى‌شود. واندرکا و وگل توانستند براى اولین بار، دقیقاً فرآیند جدا شدن فازى را، در مقیاس اتمى با دقت مشاهده کنند.
براى انجام این کار، آن‌ها فرآیند ایجینگ آلیاژ را با انجام عملیات حرارتى بر روى آن، در دوره‌هاى متفاوت، شبیه سازى کردند. آن‌ها چگونگى تغییر ساختار میکروسکوپى را، در حین فرآیند ایجینگ آلیاژ، با استفاده از گراف‌هاى میکروسکوپى به دست آمده از میکروسکوپ انتقال الکترونى، مستند سازى کردند. جایى که ساختار میکروسکوپى دو فازى کلاسیک، که شامل رسوب هاى 'γ مکعبى شکل، در روی چیزى که به آن ماتریس (زمینه) γ مى‌گویند، جا سازى شده است، در حین عملیات حرارتى، این ذرات در رسوب‌هاى '‌γ که مکعبى شکل هستند، به ذرات کروى شکل γ، در رسوب 'γ تبدیل شده، و ابر آلیاژ جدیدی تشکیل مى‌شود. خواص مکانیکى و حرارتى این‌گونه از آلیاژها به شدت به پایدارى این ساختار میکوروسکوپى 'γ/γ بستگى دارد.
ساختار میکروسکوپى یک ابر آلیاژ
این تصویر رسوب های 'γ، به بزرگى ١٠٠ نانو متر (منطقه ى روشن) را نشان مى‌دهد که توسط ماتریس γ احاطه شده‌اند (محدوده ى تاریک). ذرات بشقابى شکل γ (محدوده ى تاریک) را مى‌توان در میان رسوبات 'γ دید.
جهت تشخیص ترکیب اتم‌هاى هر یک از فازها به صورت جداگانه، نخست باید اطلاعاتی جامعى درباره‌ى چگونگى ساختار و چینش ذرات γ (ذرات کروی و بشقابی شکل) به دست آورد، که اطلاعات کمى در باره‌ی این ذرات در دست است، که وگل و واندرکا با استفاده از پرتو نگارى مقطعى از نمونه‌هایى که عملیات حرارتى بر روى آن ها انجام شده بود، در مورد این نمونه‌ها تحقیقاتى را در دانشگاه مونستر انجام دادند. آن‌ها موفق به باز سازى ساختار مشبک اتم نمونه‌ها، به صورت لایه لایه و در نتیجه، قادر به دانستن ترکیب تمام فازها شدند، که در نتیجه‌ى آن، توانستند چگونگى تکامل تدریجى شیمیایى ذرات γ را توضیح دهند.
ساختار میکروسکوپى یک ابر آلیاژ
میکرو گراف‌هاى TEM آشکار مى‌کند که چگونه کره‌هاى کوچک (مناطق تاریک) در تصویر a‌، در ابتدا از طریق عملیات حرارتی بوجود آمده (تصویر b)، در صفحات کوچک ادغام شده (تصویر c)، تا زمانى که از رسوبات 'γ جدا شوند (تصاویر b تا f). اندازه عرض مقیاس: ١٠٠ نانو متر
فلورین وگل این گونه توضیح مى‌دهد "تا کنون، تصور مى‌شد که جدا شدن رسوبات '‌γ باعث پالایش و بهبود ساختار میکروسکوپى در زمان عملیات حرارتى مى‌شود، که منجر به بهبود پایدارى آلیاژ تحت بار گذارى حرارتى و مکانیکى مى‌شود. ما توانستیم نشان دهیم که این‌ گونه نیست. در واقع ساختار میکروسکوپى، به طور قابل ملاحظه‌اى تغییر مى‌کند، و نه این که به واسطه‌ى جدا شدن، بهبود پیدا کند. ما در حقیقت توانستیم بهترین خواص مکانیکى را با به وجود آمدن ذرات کروى یا بشقابى شکل γ ارتباط دهیم و نه با مراحل بعدى، که همان، بعد از به وجود آمدن رسوبات 'γ مى‌باشد."
نلیا واندرکا مى‌افزاید "اگر بخواهیم پایدارى ساختار میکروسکوپى را بهبود ببخشیم، که در نتیجه‌ى آن بهبود خواص حرارتى و خواص مکانیکى آلیاژ مى‌باشد، باید اطمینان حاصل کنیم که رسوبات 'γ توسط ذرات کروی γ از هم جدا نشود، و در عوض در طول عملیات حرارتى مناسب و ترکیب کردن آلیاژ، به هم چسبیده بماند. پرتو نگارى مقطعى از اتم، کمک مى‌کند تا نقش عناصر آلیاژى را در تشکیل و رشد ذرات کروی γ بهتر درک کنیم. از این طریق، مى‌توانیم بفهمیم چگونه در این‌گونه فرآیند‌ها دخالت کنیم."

/ج

 

 

تبلیغات در راسخون
نظرات کاربران
ارسال نظر
با تشکر، نظر شما پس از بررسی و تایید در سایت قرار خواهد گرفت.
متاسفانه در برقراری ارتباط خطایی رخ داده. لطفاً دوباره تلاش کنید.
موارد بیشتر برای شما
گوشه هایی از فعالیت محیط‌بانان در ارتفاعات شمال غرب کشور + فیلم
play_arrow
گوشه هایی از فعالیت محیط‌بانان در ارتفاعات شمال غرب کشور + فیلم
ترامپ درباره ایران: صحبت‌هایی در جریان است + فیلم
play_arrow
ترامپ درباره ایران: صحبت‌هایی در جریان است + فیلم
پیام حسن یزدانی برای فرزندش پس از کسب برنز + فیلم
play_arrow
پیام حسن یزدانی برای فرزندش پس از کسب برنز + فیلم
حزب‌الله: توسعه روابط با ایران ضرورت امروز لبنان است + فیلم
play_arrow
حزب‌الله: توسعه روابط با ایران ضرورت امروز لبنان است + فیلم
حرکات جالب امیرحسین زارع پس از پیروزی مقابل رقیب آمریکایی + فیلم
play_arrow
حرکات جالب امیرحسین زارع پس از پیروزی مقابل رقیب آمریکایی + فیلم
ترامپ: به معترضین من ۲۰۰ دلار می‌دهند که به من اعتراض کنند + فیلم
play_arrow
ترامپ: به معترضین من ۲۰۰ دلار می‌دهند که به من اعتراض کنند + فیلم
ویدیو صفحه اتحادیه جهانی کشتی پس از کسب مدال برنز کشتی‌گیران ایرانی + فیلم
play_arrow
ویدیو صفحه اتحادیه جهانی کشتی پس از کسب مدال برنز کشتی‌گیران ایرانی + فیلم
فواد ایزدی: اکثریت مردم آمریکا مخالف جنگ هستند + فیلم
play_arrow
فواد ایزدی: اکثریت مردم آمریکا مخالف جنگ هستند + فیلم
دنیای شگفت‌انگیز عکاسی ماکرو؛ جزئیاتی از حشرات که با چشم غیرمسلح دیده نمی‌شوند + فیلم
play_arrow
دنیای شگفت‌انگیز عکاسی ماکرو؛ جزئیاتی از حشرات که با چشم غیرمسلح دیده نمی‌شوند + فیلم
رونمایی از سگ رباتیک آتش‌نشان برای عملیات در مناطق پرخطر + فیلم
play_arrow
رونمایی از سگ رباتیک آتش‌نشان برای عملیات در مناطق پرخطر + فیلم
روایت رئیس صداوسیما از دیدار با شهید لاریجانی در روز ۹ اسفند درباره اعلام خبر شهادت رهبر انقلاب + فیلم
play_arrow
روایت رئیس صداوسیما از دیدار با شهید لاریجانی در روز ۹ اسفند درباره اعلام خبر شهادت رهبر انقلاب + فیلم
حمله لفظی ترامپ به خبرنگار رویترز؛ قیافه‌ات افتضاح است، برو به خودت برس + فیلم
play_arrow
حمله لفظی ترامپ به خبرنگار رویترز؛ قیافه‌ات افتضاح است، برو به خودت برس + فیلم
افسر بازنشسته نیروی دریایی آمریکا: فروپاشی کامل ساختار پشتیبانی و لجستیک عملیاتی آمریکا در خاورمیانه توسط ایران + فیلم
play_arrow
افسر بازنشسته نیروی دریایی آمریکا: فروپاشی کامل ساختار پشتیبانی و لجستیک عملیاتی آمریکا در خاورمیانه توسط ایران + فیلم
نایب‌رئیس مجلس: مطالبه تغییر دکترین هسته‌ای باید بررسی شود + فیلم
play_arrow
نایب‌رئیس مجلس: مطالبه تغییر دکترین هسته‌ای باید بررسی شود + فیلم
پوتین: برای جنگ با اروپا آماده‌ایم، اما قصد جنگ نداریم + فیلم
play_arrow
پوتین: برای جنگ با اروپا آماده‌ایم، اما قصد جنگ نداریم + فیلم