فلز روی (Zn) انجماد سریع

فلز روی (Zn) انجماد سریع – ایران ترجمه – Irantarjomeh

مقالات ترجمه شده آماده گروه متالورژی

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات

چگونگی سفارش مقاله

الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.

مشاهده ساختار لایه‌ای در فلز روی(Zn)- غنی شده  Zn-6.3at.% نقره (Ag) آلیاژ هایپر- پریتکتیک پردازش شده بوسیله انجماد سریع

مقدمه

برحسب توصیف کلاسیک،  انجماد آلیاژ پریتکتیک شامل یک فاز جامد تحت تاثیر فاز مایع در پروسه سرد نمودن جهت تولید فاز دوم جامد می‌باشد. اخیرا، انجماد پریتکتیک در مطالعات تئوری و تجربی توجه بیشتری را به خود جلب کرده است. محصول معمولی انجماد پریتکتیک یک فاز اولیه می‌باشد که بوسیله فاز پریتکتیک احاطه گردیده و به صورت مایع، به علت مشکل بودن نفوذ در فاز نخستین جامد،  باقی مانده است. با این وجود، برخی گزارشها دلالت بر احتمال رشد جفتی در سیستم پریتکتیک دارد. در سال ۱۳۵۹، چالمرز  احتمال رشد (جفتی ) همزمان فاز اولیه و فاز پریتکتیک را در آلیاژهای پریتکتیک، چنانچه رشد فاز اولیه را بتوان توسط یک گرادیان دمای بالا متوقف ساخت، پیشنهاد کرد. در سال ۱۹۷۴ فلیمینگ  ایده رشد جفتی را در آلیاژهای پریتکتیک مورد حمایت قرار داد. با این وجود، بوتینگر پس از آن آلیاژهای Sn-Cd را منجمد نموده و بر اساس یک آنالیز مشابه تئوری جکسون هانت رشد زودگداز لایه‌ای را پیش بینی نمود.  این رشد جفتی در سیستمهای پریتکتیک دارای ثبات نمی‌باشد. لارائیا و هیوئر برخی از سیستمهای پریتکتیک را پیشنهاد نموده‌اند، به خصوص آنهائی که فاز ترکیبی پریتکتیک در آنها وجود دارد. این مویینگی که بر روی فاز اولیه تاثیر می‌گذارد ممکن است خط مذاب آن را کاهش دهد و باعث ارتقاء یک واکنش زودگداز نیمه پایدار به جای واکنش پریتکتیک تعادل گردد. بر مبنای این ایده‌ها، انجماد سریع بوسیله چرخش مذاب بر روی Zn-rich Zn–6.3at.(10wt.)% انجام پذیرفت. آلیاژ Ag هایپر پریتکتیک و شواهدی از نتایج ساختار زودگداز گونه     لایه‌ای گزارش شده است. همچنین احتمال رشد جفتی در سیستم جاری پریتکتیک تحت شرایط انجماد سریع مورد بررسی قرار گرفته است.

فلز روی (Zn) انجماد سریع

تجربه

آلیاژ  Zn-rich Zn-6.3at%  Ag بوسیله ذوب ۹۹٫۹۹% روی خالص و ۹۹٫۹۹% نقره خالص در هوا، در کوره القاء مهیا گردید. برخی از ۶-۷ g شمش قطعه ریخته‌گری خام (as cast ) دارای چرخش مذاب(melt – spun ) تحت آرگون از بوته کوارتز تا چرخش مس با سرعتm/s 20 می‌باشد. ریبون های as- spun معمولاً دارای ضخامتm m  ۴۰-۲۰ ‌می‌باشد. قطعه هایی از ریبون های as- spun در  k423 و به مدت ۵/۱ ساعت و ۲ روز به ترتیب گرما داده شدند.  این قطعات در مقطع عرضی توسط اسکن الکترون میکروسکوپی (SEM) و در بخش موازی با سطح ریبون توسط انتقال الکترون میکروسکوپی (TEM) به ترتیب مورد بررسی قرار گرفتند.  انکسار اشعه ایکس با استفاده از پرتوی CuK_a  بر روی قسمت سرد و آزاد ریبون ها انجام گرفت. یک آنالیزگر تصویر جهت اندازه گیری فاز داخلی مساحت    (l) بوسیله متد جلوگیری و کسر حجم فازهای اصلی مقطع عرضی استخدام گردید. حداقل ۲۰ مورد خواندنی برای هر شرایط مورد بررسی قرار گرفت.

فلز روی (Zn) انجماد سریع

نتایج

یک ریز ساختار که متشکل از یک ورقه نازک منحط   ‌در ریبونهای as- spun  مقطع عرضی مشاهده گردید. چنانچه در شکل (a)1 مشاهده گردید، که در آن اعضای لایه‌ ای در ماتریس بر روی ورقه نازک منحط مجتمع گردیده اند. اندازه اعضای معمولی در بر دارنده چندین میکرون بوده و هیچگونه مرز مشخصی بین آنها و ورقه نازک منحط وجود ندارد. فواصل لایه‌ ای در روی عناصر معمولی اندازه‌گیری شده و شامل مقدار  می‌باشد. کسر حجمی‌فاز  (فاز  روشن ) به میزان ۰٫۴ تا ۰٫۶ اندازه گیری شده است. شکل (b) 1 و (c) نشان دهنده ساختارهای لایه‌ ای درشت در ریبونهای گرمادیده k 423 برای ۵/۱ ساعت و ۲ روز می‌باشد. برآیند فواصل لایه‌ ای   و  معمولا ۱٫۵ تا ۲ برابر ریبون as-spun می‌باشد. شکل ۲ نشان دهنده  زیرنویس TEM بخش موازی سطح ریبون as-spun ریبون می‌باشد، که معرف ساختار لایه‌ ای فازهای  و   می‌باشد. انکسار نواحی انتخابی دارای الگوهای مختلف فاز روشن  (بالا) و فاز  ­­­ (پایین) می‌باشد. در شکل ۲ نشان داده شده است که دو فاز دارای ساختار کریستال مشابه و پارامترهای مشبک یکسان می‌باشند. انکسار اشعه ایکس در هر دو طرف ریبونهای as-spun خنک و آزاد یک نتیجه را حاصل می‌شود. نتیجه طرف سرد در شکل ۳ که شامل حضور فازهای  و  می‌باشد نشان داده شده است.

فلز روی (Zn) انجماد سریع

بحث

غیر از موقعیت سیستمهای زودگداز، مطالعات کمی‌جهت بررسی ریزساختار و ارزیابی سیستمهای پریتکتیک تحت شرایط انجماد سریع انجام گرفته است البته به جز دو تحقیق جامع که]۱۵-۱۴[ در این خصوص انجام پذیرفته است. برای یک      melt-spun Mg-rich Mg-2.0wt%Mn  آلیاژ پریتکتیک skjerpe ] 14[ یک ساختار سلولی با فواصل ۱ تا ۲ m m و یک ناحیه سلولی  غنی شده با Mn‌ نشان داده شده است. آلیاژهای پریتکتیک Ti-Al melt-spun فازهای نیمه پایدار ]۱۵ [ را نشان می‌دهد، شامل  و دو فاز ، فاز تکی  و دو فاز a₂+  و یک ریخت شناسی سلولی، بسته به ترکیبات آلیاژ       می‌باشد. با این وجود، هیچ یک از این مطالعات از رشد جفتی تحت شرایط انجماد سریع گزارشی نداشته اند.

انجماد سریع آلیاژهای پریتکتیک Zn-6.3at%Ag در بردارنده ساختاری متشکل از کلونی‌های لایه‌‌ای معمولی می‌باشد که در یک ماتریس ورقه نازک مجتمع گردیده اند.  ریزساختا رمعمول پریتکتیک  که بوسیله پریتکتیک  محسوب گردیده در ریبونهای as-spun مشاهده نمی‌گردد. با این وجود ریزساختار در شکل ۱ و ۲ بطور زیادی مشابه  ساختار زودگداز مشاهده شده در آلیاژ زودگداز Al-CuAl₂  می‌باشد که بوسیله چرخش مذاب به سرعت منجمد می‌گردد. ] ۱۶[ ما دارای واژه زودگداز مانند لایه‌ ای تا سطح مانند سلولی می‌باشیم، چرا که (i ) مشابهت در ریخت شناسی میان ساختار جاری و ساختار لایه‌ ای زودگداز، (ii ) حجم کسر فاز  تقریباً ۰٫۴ تا ۰٫۶ می‌باشد که در محدوده معمولی ۰٫۲۸~.۵ برای فرم گیری زودگداز لایه‌ ای ]۱۷[ قرار دارد، (iii) ساختار فرآیند (شکل (b)1 و (c) ) پس از گرمادهی و همچنین مشابهت ساختار لایه‌ ای زودگداز، شامل فواصل لایه‌ ای درشت با افزایش دما و زمان، (iv) TEM و XRD نشان دهنده حضور دو فاز می‌باشند.

” لی “ و ”ور هون“ ]۶[ رشد جفتی فازهای   و  را در انجماد مستقیم آلیاژهای پریتکتیک Ni-Al در شرایط G/V بلند جهت رشد سطح جلو و یک فاصله سلولی در حدود   m m30   گزارش  داده اند.  ”بوس “  و  ”میزن“   ]۸[   یک  ساختار  لایه‌ ای

زودگداز مانند را مشاهده نموده که دارای فاصله  m m 30 در TiAl باat %Al  ۵۳٫۴ که دارای انجماد با یک رشد خیلی کم و سرعت/s m m 0.83 است، می‌باشد. اخیراً ”وندی یوسوی“ ]۹[ رشد جفتی را در آلیاژ پریتکتیک Fe-4.49 at%Ni  با رشد و سرعت/s m m 10~15 و با فضای فاز داخلی در حدود m m 80 نشان داده است.

نتایج تحقیقات به عمل آمده شامل عدم ثبات در رشد جفتی با افزایش حجم کسر فاز پریتکتیک  می‌باشد ]۹[. همچنین ذکر گردیده است که فضاهای فاز میانی مشاهده شده در ۳ تحقیق ]۶٫۸٫۹[ بسیار بزرگ، معمولاً بزرگتر از سیستمهای زودگداز در شرایط رشد مشابه می‌باشند.

با این وجود، مطالعه جاری ما نشان دهنده ۲ اختلاف کلیدی از مشاهدات ذکر شده    ]۶٫۸٫۹[ بوده است. به عنوان مثال (i) نسبت حجم کسور فازهای   و  در مطالعه جاری تقریباً واحد می‌باشد در حالیکه حجم کسور فازهای پریتکتیک در هر دوی Ni-Al ]6[ و Fe-Ni ]9[ سیستمهای پریتکتیک خیلی کوچک می‌باشد  (ii‌)، شرایط رشد یکی از انجمادهای سریع در مطالعه جاری با توجه به مقایسه آن انجماد مستقیم با سرعت کمتر (یا ارزشهای  G/V‌ بیشتر ) جهت بررسیهای سیستمهای پریتکتیک Ni-Al‌ ]۶[، Ti-Al ] 8[‌ و Fe-Ni‌ ]۹[ می‌باشند. از طرف دیگر، فواصل لایه‌ ای در نمونه as-spun، m m 0.36، همچنین بزرگتر است از ۱۸nm جهت سیستم زودگداز Al-Cu تحت شرایط انجماد سریع می‌باشد. به نظر می‌رسد که رشدجفتی در سیستمهای پریتکتیک دربردارنده فواصل میان فازی بیشتری از سیستمهای زودگداز باشند.

ضریب توزیع، و T ضریب Gibbs-Thomson می‌باشد ) ]۱[. ”وندی یوسوی “ ]۹[ در نظر گرفته است که رشد جفتی در آلیاژ پریتکتیک Fe-Ni در سرعتهای کمتر از V_C اتفاق می‌افتد. با این وجود، نتایج مطالعه جاری پیشنهاد می‌کند که رشد جفتی در آلیاژهای پریتکتیک می‌بایست تحت انجماد سریع با سرعت رشد بیش از V_a اتفاق افتد. در مطالعه جاری، ارزش V_a /s m   ۰٫۴۲  ]۱۹[ و  ]۲۰[ که تقریباً حداکثر سرعت رشد تخمین زده شده m/s  ۰٫۳، جهت آلیاژهای  Zn خالص و Zn رقیق در هنگام عمل چرخش مذاب ]۲۱[ می‌باشد. از دلایل دیگر برای       فرم گیری  ساختار لایه‌ ای زودگداز مانند در مطالعه جاری احتمالاً تبدیل تأثیر متقابل تعادل پریتکتیک در زودگداز نیمه پایدار تحت شرایط انجماد سریع همانطور که در شکل ۴ نشان داده شده است می‌باشد. بر حسب نظر ”پریپیسکو“ و ”بوتینگر“  ]۲۲[ جهت انجماد سریع دیاگرام های فاز می‌بایست نقش مهمی‌در تفسیر فازهای احتمالی محصول و مسیرهای انجماد داشته باشد. در این حالت – solidus liquidus ، ضریب پارتیشن و یا اطلاعات دیگر ترمودینامیک جهت فاز نیمه پایدار مهم می‌باشند.

وابستگی انحراف  liquidus در سرعت رشد بوسیله بوتینگر و کوریل ]۲۳[ داده شده است. 

جاییکه   ضریب توزیع تعادل و  ضریب توزیع غیرتعادل که توسط Aziz     ]۲۴[ مشخص شده به شرح زیر می‌باشد :

جاییکه V_D(=D_i/a₀) نرخ انحراف از طریق رابط، D_i ضریب انحراف مطلق حول رابط، a₀ فاصله ردیف ضخامت رابط می‌باشد.

در مطالعه جاری، اطلاعات ترمودینامیک بوسیله دیاگرام فاز تعادل Zn-Ag ]25[ به دست آمده و شامل  می‌باشد، جاییکه ‌ فاز اولیه و  فاز پریتکتیک به حساب می‌آید. از معادلات (۱) و (۲)، به هنگامی‌که سرعت رشد افزایش می‌یابد هر دوی   و  تمایل به یکی شدن   و هردوی و  کاهش می‌یابند. در شکل ۴ liquidus    به علت رشد سرعت و تاثیرات مویینگی ]۷[ به سمت راست و پایین شیفت داده می‌شود. کاهش انحراف احتمالی       liquidus احتیاجات لازم را جهت فرم گیری نقطه زودگداز (E در شکل ۴) فراهم می‌آورد، به عنوان مثال نقطه ترکیب مایع و یا حداکثر آن در یک وضعیت نیمه پایدار باعث انحراف liquidus   بصورت افقی می‌گردد. به طور آشکار این مباحثه نیاز به سرعت رشد زیاد، که می‌توان آن را در ریبونهای چرخش مذاب بدست آورد    می‌باشد.

در نهایت برای آلیاژهای Zn خالص و Zn رقیق به هنگام چرخش مذاب، آکدنیز و وود ]۲۱[ میانگین سرعت رشد   و حداکثر  را تخمین زدند. انتخاب محدوده ۰٫۱~۰٫۳m/s  به عنوان سرعت رشد تقریبی جهت ریبونهای چرخش مذاب جاری منطقی می‌باشد. ارزش پیامدی  برای این آلیاژها تقریباً که بیشتر از  برای انجماد سریع آلیاژهای فوق زودگدازAl-Cu  ]۱۸[ می‌باشد. ارزش تخمین زده شده  همچنین بیش از ارزش  برای آلیاژ پریتکتیک Ti-Al ]18[ و  برای آلیاژ پریتکتیک Ni-Al ]6[ می‌باشد و قابل مقایسه با  برای آلیاژ پریتکتیک Fe-Ni ]9[ می‌باشد.

فلز روی (Zn) انجماد سریع

نتیجه گیری

ساختار لایه‌ای زودگداز مانند شامل دو فاز  در ریبونهای as – spun آلیاژ هایپر پریتکتیک Zn-rich Zn-6.3at%Ag مشاهده شده است. رشد جفتی به جهت قرارگیری در شرایط انجماد سریع با سرعت رشد بالای میزان ثابت مطلق پیشنهاد گردیده است. یک آنالیز کیفی در نظر داشته که فرم گیری ساختار لایه‌ ای زودگداز مانند به مباحثات در خصوص عمل متقابل پریتکتیک تعادل در عمل زودگداز نیمه پایدار تحت شرایط انجماد سریع نسبت داده شود.