مکانیک مواد پیشرفته و هوشمند
فصلنامه

بررسی ترکیبات حاصل از سیستم پودری سه تایی Ti-Si-C به روش آلیاژسازی مکانیکی و فرآیند تف جوشی جرقه پلاسما

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

مجید زارع زاده مهریزی 1
محدثه کندی 2

1 Khanesazi Avene

2 گروه مهندسی مواد دانشگاه اراک

https://doi.org/10.52547/masm.2.1.35
چکیده
مکس فازها ترکیبات جدیدی هستند که علاوه بر خواص سرامیک‌ها، خواص فلزی نیز داشته و مطالعاتی زیادی را به خود اختصاص داده‌اند. هدف از این پژوهش، بررسی روش آلیاژسازی مکانیکی و فرآیند تف جوشی جرقه پلاسما و تاثیر آن بر ترکیبات حاصل از سیستم پودری سه تایی Ti-Si-Cمی‌باشد. برای انجام پژوهش ابتدا مخلوط پودری Ti، Si وC با نسبت استوکیومتری مطابق با ترکیب شیمیایی Ti3SiC2 توسط آسیای سیاره ای پرانرژی با نسبت گلوله به پودر 20 به 1 و سرعت 360 دور بر دقیقه آسیاکاری شد. برای بررسی پایداری حرارتی فازهای تشکیل شده و تعیین مکانیزم واکنش‌ها، نمونه 20 ساعت آسیاکاری شده تحت آنالیز DTA قرار گرفت. سپس برای بررسی پیک های بدست آمده در حین آنالیز DTA، نمونه 20 ساعت آسیاکاری شده در دمای Cº 1200 و Cº 1400 تحت عملیات حرارتی آنیل 1 ساعته قرارگرفت. جهت شناسایی فازی نمونه از الگو پراش اشعه ایکس و بررسی ریزساختاری از SEM/EDS استفاده شد. نتایج نشان داد که افزایش زمان آسیاب کاری نه تنها خلوص Ti3SiC2را بالا نمی برد بلکه باعث ایجاد ناخالصی و فازهای کاربیدی عمدتا TiC و SiC می‌شود. اما عملیات حرارتی آنیل در دمای Cº 1200 سبب افزایش خلوص Ti3SiC2 می‌شود. مکانیزم سنتز رخ داده در سیستم 3Ti-Si-2C بدین صورت است که ابتدا TiC تشکیل شده و گرمای آن سبب اختلاط بیشتر و تشکیل مذاب Ti و Si می‌شود. با ادامه فرایند TiC با مذاب Ti-Si واکنش داده و Ti3SiC‌2 تشکیل می‌شود.

کلیدواژه‌ها

سیستم 3Ti-Si-2C
آلیاژسازی مکانیکی
مکانیزم
Ti3SiC2
تف جوشی پلاسما

عنوان مقاله English

Investigation of compounds obtained from Ti-Si-C ternary powder system by mechanical alloying and spark plasma sintering

نویسندگان English

MAJID zarezadeh mehrizi 1
mohaddeseh kandi 2
1 Khanesazi Avene
2 Arak Univeristy
چکیده English

The purpose of this study is to investigate the method of mechanical alloying and its effect on the compounds obtained from the Ti-Si- ternary powder system. According to studies, it has been observed that the mechanical alloying method alone cannot produce pure Ti3SiC2 compound; Therefore, ancillary processes such as annealing heat treatment and plasma spark ignition process have been used. To conduct the research, a powder mixture of Ti, Si, and C with stoichiometric ratio according to the chemical composition of Ti3SiC2, was milled in 3: 1: 2 by an energetic ball milling with balls (with different radious) to powder weight ratio of 20: 1 and a speed of 360 rpm from zero to 20 hours. To evaluate the thermal stability of the formed phases after 20 hours of milling and to determine the mechanism of formation of Ti3SiC2, the 20 h milled sample was subjected to DTA thermal analysis. Then, to clarify the peaks obtained during DTA analysis, the 20 hours milled sample was thermally treated at 1200 ° C and 1400 ° C a for 1 hour under argon atmosphere. X-ray diffraction pattern was used to identify the phases at different milling times and also to identify products obtained from thermal analysis at temperatures of 1200° C and 1400 ° C. The results showed that the increase of the milling time not only increase the purity of Ti3SiC2 but also causes impurities mainly carbide phases, TiC and SiC.

کلیدواژه‌ها English

3Ti-Si-2C
mechanical alloying
mechanism
Ti3SiC2
spark plasma sintering
[1] Mehrizi M Z, Beygi R, Velashjerdi M, Nematzadeh F. Mechanically activated combustion synthesis of Ti3AlC2/Al2O3 nanocomposite from TiO2/Al/C powder mixtures. Advanced Powder Technology. 2019;30:311-316.
[2] Cao Y, Mehrizi M Z, Rajhi A A, Alamri S, Anqi A E. Synthesis of Ti3SnC2–Al2O3 composite by mechanical alloying and subsequent heat treatment. Ceramics International. 2022;48:2415-2420.
[3] Zarezadeh Mehrizi M, Beygi R. Direct synthesis of Ti3AlC2-Al2O3 nanocomposite by mechanical alloying. Journal of Alloys and Compounds. 2018;740:118-123.
[4] Fattahi M, Mehrizi M Z. Formation mechanism for synthesis of Ti3SnC2 MAX phase. Materials today communications. 2020;25:101623.
[5] Lis J, Miyamoto Y, Pampuch R, Tanihata K. Ti3SiC-based materials prepared by HIP-SHS techniques. Materials Letters. 1995;22:163-168.
[6] Kooi B J, Poppen R J, Carvalho N J M, De Hosson J T M, Barsoum M W. Ti3SiC2: A damage tolerant ceramic studied with nano-indentations and transmission electron microscopy. Acta Materialia. 2003;51:2859-2872.
[7] Abderrazak H, Turki F, Schoenstein F, Abdellaoui M, Jouini N. Effect of the mechanical alloying on the Ti3SiC2 formation by spark plasma sintering from Ti/Si/C powders. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. 2012;35:163-169.
[8] Eklund P, Beckers M, Jansson U, Högberg H, Hultman L. The Mn+ 1AXn phases: Materials science and thin-film processing. Thin Solid Films. 2010;518:1851-1878.
[9] Li S-B, Bei G-P, Li C-W, Ai M-X, Zhai H-X, Zhou Y. Synthesis and deformation microstructure of Ti3SiAl0. 2C1. 8 solid solution. Materials Science and Engineering: A. 2006;441:202-205.
[10] Suryanarayana C. Mechanical alloying and milling. Progress in materials science. 2001;46:1-184.
[11] Mehrizi M Z, Shamanian M, Saidi A. Synthesis of CoWSi–WSi2 nanocomposite by mechanical alloying and subsequent heat treatment. Ceramics International. 2014;40:9493-9498.
[12] Mehrizi M Z, Momeni M R, Beygi R, Kim B-H, Kim S-K. Reaction pathway of NiAl/WC nanocomposite synthesized from mechanical activated NiAlWC powder system. Ceramics International. 2019;45:11833-11837.
[13] Pomeroy M. Encyclopedia of Materials: Technical Ceramics and Glasses. Elsevier. 2021.
[14] Tavoosi M, Karimzadeh F, Enayati M H. Fabrication of Al–Zn/α-Al2O3 nanocomposite by mechanical alloying. Materials Letters. 2008;62:282-285.
[15] Orthner H R, Tomasi R. Reaction sintering of titanium carbide and titanium silicide prepared by high-energy milling. Materials Science and Engineering: A. 2002;336:202-208.
[16] Liang B Y, Jin S Z, Wang M Z. Low-temperature fabrication of high purity Ti3SiC2. Journal of Alloys and Compounds. 2008;460:440-443.
[17] Li H, Peng L M, Gong M, Zhao J H, He L H, Guo C Y. Preparation and characterization of Ti3SiC2 powder. Ceramics International. 2004;30:2289-2294.
[18] Mehrizi M Z, Saidi A, Shamanian M. Production of Fe3Al–TiC nanocomposite by mechanical alloying of FeTi2–Al–C powders. Materials Science and Technology. 2011;27:1465-1468.
[19] Wang L, Jiang W, Chen L, Bai G. Microstructure of Ti5Si3–TiC–Ti3SiC2 and Ti5Si3–TiC nanocomposites in situ synthesized by spark plasma sintering. Journal of materials research. 2004;19:3004-3008.
[20] Mehrizi M Z, Saidi A, Shamanian M. Fe3Al/TiC nanocomposite produced by mechanical alloying. Powder Metallurgy. 2011;54:408-411.
[21] Li S-B, Zhai H-X, Zhou Y, Zhang Z-L. Synthesis of Ti3SiC2 powders by mechanically activated sintering of elemental powders of Ti, Si and C. Materials Science and Engineering: A. 2005;407:315-321.
مکانیک مواد پیشرفته و هوشمند
دوره 2، شماره 1
بهار 1401
صفحه 35-52

  • تاریخ دریافت 26 آبان 1400
  • تاریخ بازنگری 30 دی 1400
  • تاریخ پذیرش 27 اردیبهشت 1401

صفحه اصلی

راهنمای نویسندگان

ارسال مقاله

تماس با ما