دانلود پروژه كنترل تخلخل وسوپرالاستیسیته آلیاژهای حافظه دارمتخلخل – قسمت اول

دانلود پایان نامه

چكیده :

آلیاژ نایتینول از دو عنصر نیكل و تیتانیم با درصد اتمی مساوی یا نزدیك به هم درست شده است . این آلیاژ به سبب داشتن خواص منحصر به فردی همچون حافظه داری ، زیست سازگاری ، نرمی و سفتی انتخابی مورد توجه مهندسین صنایع جدید و متخصصین رشته های پزشكی و بیومواد قرار گرفته است .

نکته مهم : برای استفاده از متن کامل تحقیق یا مقاله می توانید فایل ارجینال آن را از پایین صفحه دانلود کنید. سایت ما حاوی تعداد بسیار زیادی مقاله و تحقیق دانشگاهی در رشته های مختلف است که می توانید آن ها را به رایگان دانلود کنید

این مقاله به تأثیر رفتار سوپر الاستیك آلیاژ نایتینول ‌پرداخته ؛ سوپر الاستیسیته توسط حفره‌ها ویژه شبیه شكل ، اندازه وتوزیع تخلخل كنترل می شود . كه سبب بهبود چقرمگی خواص الاستیك و استحكام فشاری و خواص مكانیكی دیگر می شود .

كلمات كلیدی : نایتینول – سوپر الاستیك – حافظه داری – تخلخل ––چقرمگی
Abestract:

Nitinol a Shape memory alloy Containing nickle and titanium With equal or Close to eachother atomic percentages . Because of desirable properties Such as a Shape memory effect , Biocompatibility , Selective Stifenss or Softness and mechanical Strength , it’s use in Such advanced Systems as intelligent technologies , biomaterial an automatic equipments is now Seriously of the Cansidered. This paper reports superelastic behaviour of the SMA which is controlled by pore Characteristics Such as Pore Shape, pore Size and pore distribution is important for improving the taughness, elastic properties , Compression Strength and other mechanical properties.  .                         Keyword:Nitinol-Superelastic-Shapememory- Toughness

1- مقدمه :

اخیراً آلیاژهای حافظه دار متخلخل نایتینول نظر بسیاری از محققین و مهندسین مواد را جلب كرده است . زیرا خواص عالی و كاربردی بهینة‌آن ها به ویژه در پزشكی است . ساختار حفره‌ای در آلیاژ های حافظه دار نایتینول دانسیتة آلیاژها را كاهش می دهد و بیش از آن ، مدول یانگ آلیاژهای حافظه دار متخلخل نایتینول می تواند بواسطه كنترل كردن خصوصیت حفره ها تنظیم شود .

روش متالورژی پودر فرایند اطمینان بخش‌تر برای بقیة‌آلیاژهای حافظه دار متخلخل نایتینول است. توسط زینتر كردن عناصر پودری نیكل و تیتانیم ، روش متالورژی پودر شامل تكنیك های مختلفی است شبیه زینتر كردن معمولی ( CS[1]) واكنش حرارت زیاد خود پیشرو (‌SHS[2]) و فشردن ایزواستاتیك گرم ( HIP[3])تاكنون تهیه خواص مكانیكی آلیاژهای حافظه دار متخلخل توسط این روش ها با رضایتمندی انجام نشده است . شكل حفره های آلیاژ متخلخل نایتینول توسط زینتر كردن معمولی زمانی كه اندازة حفره ها كوچك باشد معمولاً بی قاعده است . و در تكنیك فشردن ایزواستاتیك گرم آلیاژهای حافظه دار متخلخل نایتینول توزیع حفره ها آنیزوتروپیك و حفره های پیوستة بزرگی دارد بنابراین ساخت مواد نایتینول نوعاً ترد و سوپر الاستیسیته كمی را نشان می‌دهند بنابراین توسعه روشی برای تولید آلیاژهای حافظه دار متخلخل نایتینول با توزیع مختلخل هموژن و ایزوتروپیك شكل حفره ها با قاعده و میزان اندازه حفره ها به علاوه خواص مكانیكی رضایتمند ضرورت دارد . تلاش زیاد جهت بهبود خواص مكانیكی و سوپر الاستیسیته آلیاژهای حافظه دار متخلخل نایتینول پیش از آن كه بتوان آن ها را در كاربردهای پزشكی و مهندسی استفاده كرد انجام شده است .نهایتاً گزارش شد كه مواد سرامیكی متخلخل كه توسط كپسول آزاد فشردن ایزواستاتیك گرم تهیه می شوند . دارای توزیع حفره های هموژن و شكل حفره ها با قاعده وتخلخل باز قابل كنترل دارد مواد تهیه شده توسط این روش خواص مكانیكی بهتر را نسبت به موادی كه توسط روش های زینتر معمولی تهیه شده بودند نشان می دهند . در این مطالعات ریز ساختار رفتار استحالة مارتنزیت وخواص مكانیكی آلیاژهای حافظه دار متخلخل نایتینول كه توسط كپسول آزاد فشردن ایزو استاتیك گرم تهیه شده بودند بررسی و با آلیاژهای اصلی كه توسط روش زینتر تهیه شده بودند مقایسه شدند .آلیاژها تحت شرایط مختلف گذشت زمان ‌بر طبق بالا بردن سوپر الاستیسیته در دمای اتاق توسط دمای استحالة مارتنزیت كنترل شدند.

  • پروسة آزمایشگاهی :

پودر عنصر تیتانیوم ( اندازة 70-50) با خلوط %99 و پودر نیكل ( اندازه
4-7) با خلوص 99% در این كار استفاده شدند و مخلوط پودرها با تركیب اسمی تیتانیوم با 50 درصد نیكل توسط انرژی زیاد دورانی آسیابی گلوله ای برای 4 ساعت مخلوط شدند در این زمان مخلوط پودرها به صورت پرس سرد نمونه تر تحت فشار 100 در سیلندری با استفاده از پرس هیدرولیك انجام شد نمونه ها با استفاده از گاز آرگون محافظ در كوره HIP زینتر شدند و فرآیند زینتر معمولی به نمونة‌اصلی برای مقایسة و تطبیق بكار گرفته شد پارامترها و شرایط فرآیند در جدول(1)نشان داده شده است .

(جدول 1)شرایط آزمایشگاهی و پارامتر های قابل استفاده در آلیاژ حافظه دار متخلخل نایتینول

متعاقباً نمونه ها در لولة‌كوره به عنوان عملیات پیر Ageing)) بودند و به دنبال آن محیط كوئینچ آب یخ بود میكروسكوپ الكترونی ( SEM) و طیف نمایی پراش پرتو ایكس ( EDX) و یك پراش سنج می توان خصوصیات ریز ساختاری و ساختار كریستالی و تركیبی را بدست آورد . دانسیتة نمونه ها توسط اصل ارشمیدس اندازه گیری شد . همچنین آنالیز حرارتی روبشی كالری سنج انتخابی برای دما استحاله فازی انتخاب شد . میكروسیستم محلول آنالیز تصویری LEICA برای ارزیابی توزیع اندازة‌حفره ها قابل استفاده بود . ارزیابی خواص مكانیكی حفره های اصلی آلیاژ حافظه دار نایتینول نمونه به شكل استوانه به طولmm 12و‌‌‌قطرmm 6بود كه آزمایش فشار هوا از اینسترون 420در یك نرخ كرنشی ثابت  انجام شد .

3- بحث و نتایج

3-1- مرفولوژی و توزیع حفره ها :

همانطور كه می دانیم ساختار درشت آلیاژ حافظه دار متخلخل نایتینول بواسطه كپسول آزاد HIP توزیع حفره های ایزوترپیك و هموژن را میتوان نشان داد .

(شكل6 )میكروگراف نوری (الف) نمونة 1 HIP (ب)نمونه 2 HIP (ج) نمونه3 CS

میكروگراف نوری نمونة‌تولید شده توسط كپسول آزاد HIP تحت پارامترهای مختلف و نمونه اصلی توسط فرآیند زینتر به ترتیب آمده و به وضوح نشان داده شده است كه در نمونه HIP بیشترین تخلخل به صورت موضعی وبه شكل كروی بسته كه ندرتاً حفره های كنارها پیوسته است . بنابراین تفاوت های بین این دو نمونه ( نمونة 1 ونمونة‌2) است .

ظاهراً تعداد زیادی حفره های كوچك در نمونة (1) شكل(6- الف )می بینیم و تعدادی از حفره های پیوسته را در حالی كه حفره های كوچك در نمونه (2) شكل (6- ب ) مشاهده می كنیم .این حفره ها كاملاً موضعی است .

این نظریه ممكن است بدین معنی باشد كه فرآیند كپسول آزاد HIP مرفولوژی آلیاژها حافظه دار متخلخل می تواند تحت تغییرات پارامترهای این فرآیند كنترل شود در حالی كه نمونة زینتر شده ، میكروگراف نوری نمونه 3 ، كه تركیب اسمی مشابه نمونه HIP دارد به وضوح می توان تفاوت مرفولوژی نمونة‌HIP كه شكل حفره ها بی قاعده و كوچكترین حفرة پیوسته ( 50<) است را در شكل (6- ج) ببینیم. شكل( 7و8) توزیع اندازة دانه بر آلیاژهای حافظه دار متخلخل نایتینول كه تحت 3 شرایط متفاوت تولید شده است را نشان میدهد .

(شكل-7)توزیع اندازه حفره ها ی آلیاژ حافظه دار متخلخل نایتینول توسط آنالیز تصویری

نتایج مشخصی با استفاده از مقدار متوسط بدست آمد ه از پنج تصویر میكروگراف نوری به صورت تصادفی از هر نمونه گرفته شد. درصد نواحی ( یا كسر ) نسبت حضور حفره ها در آن مناطق به مناطق كل در دامنه اندازه حفره های مختلف اندازه گیری شد . مشاهده شد كه اندازة حفره های متوسط و معمولی در كپسول آزاد HIP تحت شرایط متفاوت هر دو فرآیند حدود 50 تا 200 است .

بنابراین تفاوت های درتوزیع اندازة‌حفره ها بین این دو نمونه وجود داشت .تعداد زیادی حفره های بزرگ در نمونة(1)كه (200>) بود وجود داشت . بنابراین واضح است كه توزیع اندازة حفره ها میتواند اغلب با استفاده از پارامترهای متفاوت فرایند تنظیم شود . به علاوه مشاهده شد كه بیشترین حفره ها در نمونة زینترینگ كوچكتر از 100 است كه این نتایج بسیار مشابه بود به گزارش توسط دیگران كه انجام شده بود .

(شكل8)نمونة XRD مخلوط پودر NiTi در آلیاژ متخلخل حافظه دار نایتینول كه تحت شرایط مختلف تهیه شده است

در حالت‌كلی حفره ها در مواد متخلخل می توانند به دو نوع كلاس طبقه بندی شوند:

كلاس اول : حفره های باز یا پیوسته با سطح خارجی نمونه هستند . خلل و فرج و () به عنوان كسر حجمی خلل و فرج به حجم كلی به صورت زیر تعریف می شود:

چگالی حجمی مواد و چگالی حجمی تئوری مواد( كه اینجا   54/6 برای تیتانیوم با 8/5 درصد آلیاژ درصد نیكل و gcm-3 19/6 برای مخلوط تیتانیوم در درصد پودرنیكل )‌ كسر تخلخل باز به عنوان نسبت تخلخل باز ()به تخلخل
() تعریف می شود كه توسط روش وزن مایع تعیین می شود . وتخلخل نمونه های (1) و (2) به ترتیب 9/41% و 2/39% بر طبق اندازه گیری های انجام شده تخلخل نمونة فشرده شدة تر 1/36% است و نسبت تخلخل باز 6/42% و 6/60% به ترتیب
می باشد .

كه این افزایش تخلخل روی HIP به هیچ وجه نمی ارزد . زیرا ممكن است از حبس شدن گاز در فشردگی تر در آخرین مرحلة منبسط شدن زینترینگ ناشی شود .

البته به وجود آمدن بیشتر حفره ها از حفره های انقباظی ناشی می شود . زمانی كه انجامد فاز مایع دمای ‌زینترینگ فرآیند HIP بالای دمای اتوكتوئید باشد .

حفره های كروی و مجزا آثار حبس شدن گاز در نمونه های HIP است همانطور كه در شكل( 6-ب) مشاهده می شود جای كه حفره ها ناپیوسته نیستند در فشاری بالاتر از Mpa 150، به خوبی بالای این مقدار تحت حمایت می باشند .

3-2- ارزیابی ریز ساختار :

نمونة XRD مخلوط پودر نایتینول و سه نمونة دیگر در شكل (8 ) نشان داده شده است .

همانطور كه مشاهده می شود فاز TiH2 در مخلوط پودر نایتینول به اضافه فاز نیكل و تیتانیم وجود دارد . یكی از دلایل موجود ناخالصی در پودر تیتانیم تولید آن از هیدروژن گیری TiH2 است .

در نمونه (1) و نمونة‌(2) خصوصیات آن دو نشان می دهد كه فازهای اصلی نایتینول (B`19,B1) است.( توضیح در ساختار های كریستالو گرافی) پس Ti2Ni فاز دوم آشكار شده است .

بنابراین تفاوت كمی در فاز ریز ساختار بین این دو نمونه وجود دارد ؛ پس مستلزم این است كه فشار گرم و زمان زینترینگ تأثیر روی فاز تشكیل شده ندارد . پس ارزشی ندارد كه مقدار اضافی فازنیكل غنی شده ( Ni3Ti) جزء باقیمانده Ti در نمونه 3 آشكار شود .درنمونه 3 دمای زینتر كردن پایین تر از° (k1223) و نمونة‌(1) و (2) °(k1323) است .

و واكنش زینترینگ در نمونه 3 فعالیتش كمتر می شود در نمونة‌(1) و (2) دمای زینتر °(k1323) كه به وضوح بالاتر از دمای دما اتوكتیك در سیستم آلیاژ دو تایی نایتینول است . فازهای مایع زیادی در طول فرآیند زینتر می تواند كامل انجام شود ، اگر چه فاز مایع در نتیجه تعدادی فاز شبیه Ti2Ni , Ni3Ti در فاز ثانویه و مقدار جزئی از تیتانیم باقی می ماند .

برای دیدن قسمت های دیگر این تحقیق لطفا” از منوی جستجوی سایت که در قسمت بالا قرار دارد استفاده کنید. یا از منوی سایت، فایل های دسته بندی رشته مورد نظر خود را ببینید.

با فرمت ورد

Leave a comment