فهرست مطالب

نشریه فرآیندهای نوین در مهندسی مواد
پیاپی 61 (تابستان 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/07/19
  • تعداد عناوین: 7
|
  • محمد امینی، عباس منتظری* صفحات 1-11

    پلیمرهای حافظه دار زیرمجموعه ای از مواد هوشمند هستند که می توانند شکل اولیه شان را بعد از تغییر شکل موقت بازیابی نمایند. این دسته از پلیمرها دارای کاربردهای فراوانی بوده و در سال های اخیر نظر بسیاری از صنایع (به خصوص پزشکی) را به خود جلب کرده اند. هدف اصلی این مطالعه، بررسی تاثیر وزن مولکولی بر پارامترهای مختلف حافظه شکلی پلیمر می باشد. علاوه بر این، مکانیزم های حاکم بر رفتار حافظه داری پلیمرها مورد مطالعه قرار می گیرد. محاسبه ی دمای انتقال شیشه ای و تاثیر این پارامتر بر رفتار حافظه شکلی پلیمر از دیگر اهداف این پژوهش می باشند. در این مطالعه، همه مدل ها با نرم افزار متریالز استودیو ساخته شده و تمامی شبیه سازی ها با استفاده از نرم افزار لمپس انجام شده است. طبق نتایج حاصل، دمای انتقال شیشه ای پلیمر با افزایش درجه پلیمریزاسیون افزایش می یابد. ادامه ی مطالعات در راستای دستیابی به ریزساختاری بهینه نشان داد که با افزایش وزن مولکولی از g/mol 36000 به g/mol108000، پارامتر تثبیت شکل از 90% به 94% افزایش می یابد. برخلاف تثبیت شکل، پارامتر بازیابی شکل روندی نزولی را با افزایش وزن مولکولی دنبال می کند. این روند کاهشی، ناشی از افزایش نسبت فاز ثابت به فاز بازگشت پذیر با افزایش وزن مولکولی پلیمر است.

    کلیدواژگان: پلی لاکتیک اسید، وزن مولکولی، خاصیت حافظه شکلی، شبیه سازی دینامیک مولکولی، دمای انتقال شیشه ای
  • جواد انصاری، امیرحسین مغنیان*، مرتضی ثقفی یزدی صفحات 13-26

    در این مطالعه، ریزساختار پوشش های کاربید تنگستن ایجاد شده به روش فرآیند سوخت اکسیژنی با سرعت بالا (HVOF) بر روی فولاد 4130 در شدت های پاشش متفاوت در محدوده 5/6 تا Bar 2/7 و مقدار پودر مصرفی 60 تا gr/min80 مورد بررسی قرار گرفت. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) نشان داد که با انتخاب پارامترهای مناسب فرآیند پوشش دهی، می توان میزان تخلخل های ایجاد شده و توزیع یکنواخت تر آن ها را در کل سطح پوشش، تعیین کرد. نتایج حاصل از پراش پرتوایکس (XRD)، حضور کاربیدهای WC و W6C2.54 در نمونه های پوشش داده شده را تایید کرد. با افزایش مقدار پودر تزریقی از 60 به gr/min80 به دلیل عدم زمان لازم برای ذوب کامل ذرات کاربید تنگستن و در نتیجه عدم توزیع یکنواخت ذرات پوشش بر روی زیرلایه، سختی پوشش ها به دلیل ایجاد میزان تخلخل های بیشتر کاهش پیدا می کند. نتایج حاصل از آزمون سایش نشان داد که پوشش های اعمالی در تمامی شرایط نسبت به نمونه کنترل، مقاومت به سایش بالاتری از خود نشان می دهند. با مشخصه یابی و مطالعه ی تمامی نتایج، این نکته حاصل می گردد که سرعت پاشش در فرآیند HVOF، تاثیرگذارتر از مقدار پودرهای مصرفی است. نتایج نشان داد که مکانیزم سایش پوشش W2، ترکیبی از مکانیزم سایش دو جسمی و سه جسمی، سایش خستگی و سایش چسبان می باشد، این در حالی است که مکانیزم غالب، سایش خراشان دو جسمی است. نهایتا پوشش ایجاد شده توسط فرآیند HVOF با شدت پاشش Bar 2/7 و مقدار پودر مصرفی g/min72 (W2) به عنوان نمونه بهینه در بین تمامی پوشش ها، ازنظر بهترین مقاومت به سایش معرفی می گردد.

    کلیدواژگان: کاربید تنگستن، پوشش دهی، روش HVOF، میکروسختی، سایش
  • سیده غزاله هاشمی پور زواره، فریبا تدین*، روح الله کرمی اسبو صفحات 27-37

    اسید پانتوتنیک (B5) یکی از مهم ترین ویتامین ها برای زندگی انسان است که در بدن انسان نقش های متعددی ازجمله ساخت سلول های خونی، فعالیت غدد فوق کلیه، مقابله با استرس و تولید انرژی را بر عهده دارد. از طرفی حضور این ویتامین برای رشد گیاهان و غذاسازی حایز اهمیت است، بنابراین جذب و اندازه گیری آن امروزه بیشتر از قبل مورد بررسی قرار می گیرد. امروزه استفاده از جاذب های مغناطیسی و به دنبال آن جداسازی مغناطیسی جهت جذب و جداسازی به دلیل سادگی، هزینه کم و سرعت بالا بسیار موردتوجه محققان است. مطالعه حاضر باهدف جذب و استخراج ویتامینB5  از محلول های آبی با استفاده از نانو کامپوزیت آهن / پوست پرتقال انجام گرفت. نانو ذرات سنتز شده به وسیله آنالیزهای SEM/EDX،  FT-IRو XRD مشخصه یابی گردیدند. همچنین از مدل ایزوترمی لانگمویر و فروندلیچ و مدل های سینتیکی شبه درجه اول و شبه درجه دوم برای بیان نوع فرآیند استفاده گردید. متغیرهای موثر برجذب از قبیل pH، مقدار دوز جاذب، زمان تماس و غلظت اولیه ویتامین B5 بررسی شدند. نتایج حاصل از این تحقیق نشان داد که بیشترین میزان جذب ویتامین B5 در غلظت 300 میلی گرم بر لیتر، میزان 1/0 گرم از جاذب، زمان تماس 90 دقیقه و pH برابر 6 است و روند جذب ویتامین B5 بر روی جاذب مغناطیسی از مدل لانگمویر (9899/0 R2=) تبعیت می نماید. سینتیک واکنش جذب با ضریب رگرسیون بالا (999/0 R2=) توسط مدل شبه درجه اول تایید شد.

    کلیدواژگان: ویتامین B5، نانوکامپوزیت مغناطیسی، جذب سطحی، پوست پرتقال
  • کیوان میرزائی فشالمی*، زهرا صادقیان، رامین ابراهیمی صفحات 39-50

    تاکنون روش های متنوعی برای ساخت پیل های سوختی اکسید جامد معرفی شده اند. در این پژوهش از تکنولوژی چاپ سه بعدی (3 D printing) برای تولید پیل های سوختی اکسید استفاده گردیده است. در همین راستا ابتدا چاپگر سه بعدی مناسبی که توانایی چاپ دوغاب لایه های آند، کاتد و الکترولیت با ضخامت و سرعت مورد نظر را داشته باشد، ساخته شد. سپس دوغاب مناسب متشکل از مواد NiO-YSZ برای لایه آند، YSZ برای لایه الکترولیت و LSM برای کاتد، به همراه حلال و افزودنی های مناسب تولید گردید و با استفاده از چاپگر سه بعدی لایه نشانی لایه ها صورت گرفت. پس از تشکیل پیل، خشک کردن و سپس تف جوشی1 لایه ها انجام شد. در ادامه برای تشخیص عناصر موجود، تعیین ریز ساختار، دانسیته و ضخامت لایه ها، آزمایش SEM، Mapping، EDS و XRD صورت گرفت. منحنی I-V-P با جریان ثابت اکسیژن نشان داد که در دمای OC800 بیشترین توان چگالی در حدود W/cm2 84/0 و در محدوده ولتاژ 5/ 0 ولت وجود دارد. منحنی امپدانس نیز تحت ولتاژ مدار باز و در فرکانس بالا، مقداری برابر  23/0 و در محدوده فرکانس پایین، مقدار  25/1 را نشان داد. با انجام آزمون کشش، مدول یانگ پیل GPa 111 و استحکام شکست و استحکام تسلیم به ترتیب در حدود MPa 137 و MPa 120 به دست آمد.

    کلیدواژگان: پیل سوختی اکسید جامد، پرینتر سه بعدی، خواص الکتروشیمیایی، هدایت الکتریکی، خواص مکانیکی
  • مرتضی حسینی*، حبیب دانش منش صفحات 51-63

    به کارگیری آلومینیوم فوق ریزدانه و یا نانو ساختار به دلیل نسبت استحکام به وزن بالا بسیار موردتوجه می باشد. یکی از چالش های اصلی این حوزه جوشکاری این مواد جهت تولید سازه های مهندسی می باشد. با توجه به پتانسیل بالای روش جوشکاری حالت جامد اصطکاکی اغتشاشی در اتصال مواد فلزی نانو ساختار، در این تحقیق با استفاده از تجهیزات و تکنیک های مختلف مانند میکروسکوپ های نوری و الکترونی، آزمایش ریز سختی و آزمایش کشش تک محوره نحوه اثر برخی از متغیرهای اصلی این روش جوشکاری بر خواص مکانیکی اتصال ورق های آلومینیومی 1050 فوق ریزدانه تولید شده توسط تکنیک اتصال نورد تجمعی مورد مطالعه قرار گرفته است. متغیرهای مورد مطالعه شامل سرعت های جوشکاری، هندسه پین ابزار جوشکاری و دمای اتمسفر جوشکاری بوده است. نتایج به دست آمده نشان دهنده افزایش ریز سختی جوش با کاهش سرعت چرخشی یا افزایش سرعت انتقالی ابزار به دلیل حرارت کمتر ورودی به منطقه جوش می باشد. بررسی تاثیر هندسه پین نشان دهنده کم تاثیر بودن این متغیر بر خواص کششی اتصال می باشد. تنها در مورد ابزار با پین رزوه خورده بهبود مختصری در خواص کششی ایجاد شده است. انجام جوشکاری به شکل زیر آبی به نسبت جوشکاری در هوا می تواند سبب بهبود استحکام اتصال شود اما استفاده از آبی با دمای بسیار پایین (1 درجه سانتی گراد) در مقایسه با نمونه جوشکاری شده در آب با دمای 25 درجه سانتی گراد با ایجاد برخی عیوب جوشکاری مانند حفرات و کانال داخلی تاثیری معکوس داشته و خواص کششی اتصال ایجاد شده را به شدت تنزل می دهد.

    کلیدواژگان: آلومینیوم فوق ریزدانه 1050، دمای محیط جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی، هندسه ابزار جوشکاری، کشش تک محوره، ریز سختی
  • فرشید آقاداودی، حسین گلستانیان صفحات 65-74

    خواص مکانیکی و فیزیکی نانولوله‌های کربنی به اندازه و ساختار اتمی وابسته است. تعیین دقیق خواص نانولوله‌های کربنی از جمله ضریب انبساط گرمایی به دلیل محدودیت‌های روش‌های آزمایشگاهی به لحاظ عملی با مشکلاتی توام است. در این مطالعه از روش دینامیک مولکولی برای بررسی ضریب انبساط حرارتی در تعدادی از نمونه‌های نانولوله کربنی که دارای قطر متفاوت و ساختار آرمچیر و زیگزاگ هستند، استفاده شده است. همچنین اثر عیوب ساختار اتمی شامل عیب استون- والس و جای خالی بر ضریب انبساط حرارتی و خواص الاستیک مکانیکی طولی نانولوله کربنی مورد بررسی قرار گرفته است. تابع پتانسیل مورد استفاده در شبیه‌سازی COMPASS بوده است. نتایج به‌دست‌آمده نشان می‌دهد که اندازه و نوع ساختار نانولوله کربنی بر مقدار ضریب انبساط حرارتی موثر است. ضریب انبساط حرارتی برای نانولوله کربنی (7 و 7) در دمای 800 کلوین برابر با K-1 6.34 محاسبه شده است که تطبیق خوبی با نتایج مطالعات آزمایشگاهی در سایر مطالعات نشان می‌دهد. نتایج حاصل نشان می‌دهد که وجود عیوب ساختار اتمی عیب جای خالی بازسازی نشده، در بیشتر موارد باعث افزایش ضریب انبساط حرارتی شده است که این افزایش در نانولوله کربنی (0 و 7) برابر با 65% بوده است. عیب جای خالی بیشتر از عیب استون- والس در تغییرات ضریب انبساط حرارتی موثر است. نتایج نشان می‌دهد خواص الاستیک نیز در نمونه مورد بررسی در اثر وجود عیب جای خالی در راستای طولی به اندازه 22% نسبت به نمونه بدون عیب تضعیف شده است.

    کلیدواژگان: انولوله کربنی ضریب انبساط حرارتی دینامیک مولکولی عیوب استون، والس
  • محسن مهدیزاده، حسن فرهنگی صفحات 75-91

    تغییرات ریزساختاری و خواص مکانیکی سوپر آلیاژ IN617 پیرسازی شده در دمای 900 درجه و زمان‌های مختلف از یک ساعت الی 2000 ساعت مورد بررسی قرار گرفت. جهت بررسی از آزمایش‌های متالوگرافی، SEM، TEM، استخراج فازها از زمینه، XRD و خواص مکانیکی استفاده شد. با شروع زمان پیرسازی حتی در یک ساعت اول کسر سطحی قابل‌توجهی از کاربیدهای مرزدانه‌ای و درون‌دانه‌ای تشکیل شد که ابتدا به بلوکی شکل و با افزایش زمان پیرسازی به بیش از 1000 ساعت از نظر ابعادی رشد یافته و به شکل‌های صفحه‌ای، شبه‌کروی و میله‌ای تغییر یافتند. کاربیدها به‌مرور در مرزدانه‌ها، درون‌دانه‌ها و مرزهای دوقلویی و در زمان 2000 ساعت در بیشتر مرزدانه‌ها به شکل پیوسته تشکیل شد. اکثر کاربیدها از نوع M23C6 و درصد کمی از نوع M6C است. در یک ساعت اول پیرسازی درصد بسیار کمی از فاز γ' در ساختار پدید آمد؛ ولی در ادامه این فاز حل شده و فقط در پیک‌های اشعه ایکس رسوبات استخراج شده از زمینه شناسایی شدند. علاوه بر کاربیدها فاز Ti(C,N) از ابتدا در ساختار وجود داشته و از زمان‌های 1500 به بعد به دلیل وجود کربن در آن بخش کمی از آن به کاربید استحاله می‌یابد. سختی، استحکام نهایی در دمای محیط و استحکام نهایی در دمای 750 درجه با افزایش زمان پیرسازی اندکی بهبود می‌یابند، اما بعد از 2000 ساعت پیرسازی، خواص به مقادیر ورق نو کاهش می‌یابند. به دلیل تشکیل کاربیدهای مرزدانه‌ای و درون‌دانه‌ای انرژی ضربه بعد از 2000 ساعت پیرسازی، معادل یک چهارم ورق نو است؛ دلیل آن این است که نوع شکست بعد از 100 ساعت پیرسازی از نوع نرم به ترد مرزدانه‌ای تغییر می‌یابد.

    کلیدواژگان: سوپر آلیاژ IN617، پیرسازی، تغییرات ریزساختاری، خواص مکانیکی
|
  • Mohammad Amini, Abbas Montazeri * Pages 1-11

    Shape memory polymers are a subset of smart materials that can regain their original shape after a temporary deformation. In recent years, these polymers have been vastly utilized in many industries (especially biomedical). The main purpose of this study was to find the influence of the polymer molecular weight on the various shape memory parameters. Additionally, the mechanisms governing the shape memory behavior of polymers are thoroughly studied. Calculating the glass transition temperature and exploring its role on the shape memory behavior of polymeric materials are the other objectives of the current research. In this study, all models were built via Materials Studio and all the simulations were carried out using LAMMPS software. Based on the obtained results, the glass transition temperature of polymer increases with increasing the degree of polymerization. The attempts made to achieve an optimal microstructure revealed that the shape fixity parameter increases from 90% to 94% with increasing the molecular weight from 36000 g/mol to 108000 g/mol. In contrast to the shape fixity, the shape recovery parameter follows a descending trend with increasing the molecular weight. This is attributed to an increase in the ratio of the fixed phase to its reversible counterpart.

    Keywords: Polylactic Acid, Molecular weight, Shape Memory Property, Molecular dynamics simulation, Glass transition temperature
  • Javad Ansari, Amirhossein Moghanian *, Morteza Saghafi Yazdi Pages 13-26

    Previous studies have shown that thermal spraying methods on steels have extensive applications in various industries to increase high-quality wear-resistance coatings. One of these coatings, which is important in diverse industries and has been studied, is tungsten carbide. One of the methods of coating is the high-velocity oxygen fuel (HVOF) process. Scanning electron microscopy (SEM) was used to examine the microstructure of the coatings and also by examining SEM images from the lateral surface of the coated sample, the thickness and quality of the coating were examined. Additionally, X-ray diffraction (XRD) was used to determine the formed phases before and after the coating process and the results of the presence of WC and W6C2.54 carbides were confirmed.The wear test results showed that coated samples demonstrated higher wear resistance than the sample without coating (control). Meanwhile, the sample with spraying pressure of 7.2 Bar and a feeding powder rate of 72 g/min (W2) exhibited the best wear resistance among other coatings due to the more uniform distribution of tungsten carbide (WC) and less porosity. As a result, it was obtained that the spraying pressure in the process of HVOF process was more effective than the feeding rate of coating powders and a sample with the spray pressure of 7.2 Bar and powders feeding rate of 72 g/min (W2) was introduced as the optimal sample among all coatings with the highest abrasion wear resistance.

    Keywords: Tungsten Carbide, Coating, HVOF process, Micro Hardness, Wear
  • Seyyedeh Ghazaleh Hashemipour Zavareh, Fariba Tadayon *, Ruhollah Karami Osboo Pages 27-37

    One of the most important vitamins for human life is pantothenic acid (B5), because of its advantages such as production of blood cells, adrenal gland activity, stress management and energy production. The presence of this vitamin is important for plant growth and food production, because of its adsorption and determination were studied more than before.  Magnetic Nano adsorbent has been attracted great attention in the field of separation due to the simplicity, low cost and high speed. In this paper, the magnetic Nano composite modified with orange peel for adsorption efficiency of vitamin B5 from aqueous solution was synthesized. The Nano adsorbent structure was characterized using SEM-EDX, FTIR and XRD. The influence of adsorption parameters including pH, contact time, adsorbent dosage and initial concentration of B5 onto Nano adsorbent were evaluated. The best sorption of B5 via the Nano sorbent occurred at concentration of 300 mg L-1, 0.1 g of Nano adsorbent, 90 min of contact time at an optimum pH of 6. The Langmuir isotherm model (R2= 0.9899) was found to be fit with the isotherms data. The best kinetic model fit for adsorption of B5 from Nano adsorbent was found with the pseudo-first-order model (R2=0.9999).

    Keywords: Vitamin B5, Magnetic Nano Composite, Adsorption, Orange peel
  • Keyvan Mirzaei Feshalami *, Zahra Sadeghiyan, Ramin Ebrahimi Pages 39-50

    Nowadays, various methods have been introduced for the fabrication of solid oxide fuel cells (SOFC). In this research, 3D printing technology has been used to produce oxide fuel cells. First, a 3D printer was constructed that has the ability to print the slurry of anode, cathode and electrolyte layers with the desired thickness and speed. Then a suitable slurry consisting of NiO-YSZ materials was produced for the anode layer, YSZ for the electrolyte layer and LSM for the cathode, with suitable solvents and additives. After cell formation, drying and then sintering of the layers were performed. The composition and microstructure characterization of layers has been performed by XRD, SEM, Mapping, EDS. The I-V-P curve showed the maximum power is around 0.84 W / cm2 at 800 OC with constant oxygen. The impedance curve values under open-circuit voltage were 0.23 Ωcm-2 and 1.25 Ωcm-2 at high and low frequencies, respectively. The tensile experiments indicated values 111 GPa for Young modulus and 137 MPa and 120 MPa values for the fracture toughness and the yield strength, respectively.

    Keywords: Solid oxide fuel cell, 3D Printing, Electrochemical properties, Electrical Conductivity, Mechanical Properties
  • Morteza Hosseini *, Habib Danesh-Manesh Pages 51-63

    The application of ultrafine-grained or nanostructured aluminum is very interesting owing to its high strength to weight ratio. Welding of these materials is one of the main challenges. Regarding the potential of the solid-state friction stir welding in joining of nanostructured materials, in the current research different equipment and techniques like optical and scanning and transmitted electron microscopes, Vickers microhardness, and uniaxial tensile tests were employed to study the effect of major welding parameters on the bonding quality of friction stir welded ultrafine-grained Al 1050 alloy produced via accumulative roll-bonding (ARB) method. The studied parameters were rotation and traveling speeds, pin geometry as well as welding atmosphere temperature. The results show the microhardness enhancement of the weld zone by decreasing the rotation speed or increment of traveling speed due to lower heat generation within the stir zone. Investigation of the pin geometry depicts an insignificant impact of this variable on the weld tensile properties. Only in the case of a threaded pin, a slight enhancement in the tensile properties was achieved. Submerge or underwater welding could improve joint strength. However, the application of extremely cold water with respect to 25° C water shows a reverse effect and leads to severe weld quality degradation owing to defects formation (like internal channels and surface discontinuity).

    Keywords: Ultrafine grained Al 1050, Friction stir welding atmosphere temperature, Welding tool geometry, Uniaxial tensile test, Microhardness
  • Farshid Aghadavoudi, Hossein Golestanian Pages 65-74

    The mechanical and physical properties of carbon nanotubes depend on their size and atomic structure. Accurate determination of the properties of carbon nanotubes, including the coefficient of thermal expansion, has many practical problems due to the limitations of laboratory methods. In this study, molecular dynamics method has been used to investigate and extract the properties of thermal expansion coefficient in a number of samples of carbon nanotubes that have different diameters and armchair and zigzag structures. In this study, the effect of atomic structure defects including Stone–Wales and vacancy defects on the coefficient of thermal expansion and longitudinal elastic mechanical properties of carbon nanotubes have been investigated. The potential function used in COMPASS simulation. Based on the obtained results, the coefficient of thermal expansion for CNT (7,7) at a temperature of 800 K is calculated at about 6.34 , which shows a good agreement with the results of laboratory studies. Also, the presence of defects in the atomic structure, including the defect of the non-reconstructed vacancy, in most cases has increased the coefficient of thermal expansion, which has been equal to 65% in CNT (0, 7). The vacancy defect is more effective than the Stone-Walsh defect in changing the coefficient of thermal expansion. The results show that the elastic properties of the CNT case study are also weakened by 22% due to the defect of the vacancy in the longitudinal direction.

    Keywords: CNT Thermal expansion coefficient Molecular Dynamics Defect s Stone, Wales
  • mohsen mehdizadeh, hassan farhangi Pages 75-91

    Microstructural changes and mechanical properties of IN617 superalloy aged at 900 °C for different durations from one hour to 2000 hours were investigated in the present work. The optical microscope (OM), scanning electron microscope (SEM), transition electron microscope (TEM), X-ray diffraction (XRD) and hardness and tensile tests were used to investigate the microstructure and mechanical properties of aged alloys. A significant amount of intergranular carbides were observed in the microstructure of aged alloys even in the microstructure of alloy which was aged for one hour. Block-shape carbides were observed in the sample which was aged for one hour. It was observed that with increasing the aging time the morphology of the carbides changed to quasi-spherical, plate and rod shaped. The carbides were first formed along the grain and twin boundaries and then within the grains, and continues carbide layer was observed along the grain boundaries for the sample which was aged for 2000 hours. Most of the carbides were M23C6 and a small percentage of them were determined to be M6C. Furthermore, it was observed that a small amount of Ti(C,N) phase which was present in the as received sample was converted to carbides after aging for 1500 hours. γ' phase was only observed in the microstructure of sample which was aged for one hour. Mechanical test results shown that the hardness, ultimate strength at room temperature and at 750°C increased with increasing the aging time, but after 2000 hours of aging these properties decreased to the values of as received sample. The impact energy of the sample which was aged for 2000 hours was equivalent to 25% of as received sample due to the formation of a continues carbide layer along the grain boundaries. The fracture surface of the impact samples were investigated and it was observed that fracture mode changed from ductile for as-received sample to brittle intergranular fracture for the samples which were aged for more than 100 hours.

    Keywords: IN617, aging, microstructure, mechanical properties