فهرست مطالب

مواد نوین - سال نهم شماره 4 (پیاپی 36، تابستان 1398)

مجله مواد نوین
سال نهم شماره 4 (پیاپی 36، تابستان 1398)

  • تاریخ انتشار: 1398/05/05
  • تعداد عناوین: 12
|
  • ثمین طوفان*، علی نعمتی صفحات 1-16
    در دو دهه اخیر باتری های لیتیم-هوا به علت چگالی انرژی بالا بسیار مورد توجه قرار گرفته اند. الکترولیت های حالت جامد با هدایت یونی بالا یکی از مهم ترین چالش ها در ساخت این نوع باتری ها به حساب می آیند. لیتیم آلومینیوم تیتانیوم فسفات (LATP) نوعی الکترولیت ناسیکونی است که به علت هدایت یونی بالا در باتری های لیتیم-هوا کاربرد یافته است. هدف از پژوهش حاضر ساخت غشاء هادی یون لیتیم LATP بوده است. به این ترتیب ابتدا پودر LATP به روش شیمیایی سنتز شده و دمای تبلور مناسب با بررسی الگوی پراش نمونه ها انتخاب گردید. پس از آن جهت ساخت غشاء نمونه ها در دو فشار پرس و دو زمان زینتر متفاوت و در دمای زینتز °C850 تهیه شدند و اثر این عوامل بر هدایت یونی و دانسیته این نمونه ها بررسی گردید. بررسی ها نشان دادند که پودر LATP بدون فازهای ناخالصی با روش گفته شده با موفقیت سنتز شد و بهترین کریستالینیتی با آنیل کردن پودر در دمای °C800 به دست آمد. همچنین بیشترین هدایت یونی به دست آمده مربوط به نمونه پرس شده با فشار Mpa50 و زمان زینتر 3 ساعت و برابر با S.cm-1 10-4×07/1 است. بیشترین دانسیته به دست آمده نیز مربوط به نمونه پرس شده با فشار Mpa50 و زمان زینتر 12 ساعت است.
    کلیدواژگان: هدایت یونی، ناسیکون، الکترولیت حالت جامد
  • سمیه نیک مردان، وحید پویافر* صفحات 17-32
    فرآوری پودر نیمه جامد (SPP) روشی است که متالورژی پودر سنتی را با شیوه های شکل دهی نیمه جامد ترکیب کرده و می تواند کامپوزیت های زمینه فلزی را با هزینه ی پایین و کارایی بالا تولید کند. در این تحقیق روش SPP برای ساخت کامپوزیت پایه منیزیمی AZ91D تقویت شده با ذرات کاربید سیلیسیوم با حد بارگذاری بالا به کار برده شد. ابتدا به منظور تهیه ی پودر، براده های آلیاژ منیزیم AZ91D با متوسط اندازه ی (mm) 1 × 2 × 4 توسط آسیای گلوله ای سیاره ای، آسیاکاری مکانیکی شده و سپس به منظور آلیاژسازی مکانیکی، پودر به دست آمده به همراه 50 درصد وزنی (36 درصد حجمی) ذرات کاربید سیلیسیوم 2 میکرونی، مجددا آسیاکاری شدند. پودر آسیا شده و نیز پودر کامپوزیتی AZ91D/SiC توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی (FESEM)، دستگاه سنجش اندازه ی ذرات (PSA) و طیف سنجی پراش اشعه ی ایکس (XRD) مورد بررسی قرار گرفتند. دستگاه اسپارک پلاسما زینترینگ (SPS) برای زینتر پودر کامپوزیتی تهیه شده، با گرم کردن مخلوط پودر تا دماهای نیمه جامد °C 561 (معادل 30% کسر مذاب در کل نمونه) و °C 576 (معادل 40% کسر مذاب در کل نمونه) هم زمان با اعمال فشار به کار برده شد. ریزساختار، چگالی، سختی، استحکام فشاری و همچنین فازهای موجود در نمونه های زینتر شده مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج به دست آمده نشان می دهند کامپوزیت هایی با تخلخل بسیار کم و خواص مکانیکی مناسب توسط روش SPP قابل تولید می باشند.
    کلیدواژگان: فرآوری پودر نیمه جامد، کامپوزیت پایه فلزی AZ91D، SiC، حد بارگذاری بالای ذرات تقویت کننده، آسیای گلوله ای سیاره ای، اسپارک پلاسما زینترینگ
  • اسماعیل جعفری* صفحات 33-50
    یکی از پارامترهای مهم جهت افزایش کارایی رنگ در محیط های خورنده استفاده از یک پرایمر مناسب می باشد که عاملی مهم برای افزایش چسبندگی و طول عمر رنگ خواهد بود. در این پژوهش تاثیر دو پرایمر متفاوت بر روی مقاومت به خوردگی فولاد کم کربن رنگ شده مورد بررسی قرارگرفته است. بدین منظور از دو پرایمر فسفات روی (که به طورمعمول به عنوان پرایمر رنگ استفاده می شود) و نانو ساختار نیکل - فسفر استفاده شده است. برای ارزیابی مقاومت به خوردگی، از آزمایش های الکتروشیمیایی امپدانس، پتانسیودینامیک ، پلاریزاسیون سیکلی و مه نمکی استفاده شد. تعیین مورفولوژی و بررسی های ریزساختاری با استفاده از آزمایش های پراش اشعه ایکس و میکروسکپ الکترونی روبشی انجام شد. .همچنین به منظور بررسی چسبندگی رنگ بر روی فلز پایه از آزمایش پول-آف (pull- off) استفاده شد. نتایج به دست آمده نشان داد که استفاده از زیر لایه نانو ساختار نیکل - فسفر به عنوان پرایمر باعث افزایش کارایی رنگ اعمالی بر روی فولاد کم کربن، در محیط های خورنده خواهد شد. به طوری که به عنوان مثال برای نمونه های رنگ شده با زیر لایه نانو نیکل-فسفر در مقایسه با نمونه های رنگ شده با زیر لایه فسفات - روی، مقاومت پلاریزاسیون در حدود kΩ.cm21/79 و پتانسیل حفره دار شدن V49/0 افزایش داشته است.همچنین نتایج آزمایش چسبندگی رنگ، نشان دهنده چسبندگی بالای رنگ به پرایمر نانو نیکل-فسفر در مقایسه با پرایمر فسفات - روی می باشد.
    کلیدواژگان: نانو ساختار نیکل - فسفر، مقاومت به خوردگی، پرایمر فسفات - روی
  • امید زارعی، مصطفی موسوی زاده، فاطمه زرقانی*، حامد زارعی صفحات 51-68
    با کابرد موفقیت آمیز روش جوشکاری همزن اصطکاکی اغتشاشی زائده ای برای آلیاژ آلومینیوم 2024 و فولاد ساده کربنی با ضخامت 1میلی متر این پژوهش برای جوشکاری ورق های آلومینیوم 6061 با ضخامت 1 میلی متر به کارگرفته شد. اثر زمان نگهداری ابزار(6،4و 9ثانیه) و عمق فروروی ابزار(1/0، 14/0و 18/0 میلی متر) بر خواص مکانیکی و ریزساختاری مورد بحث و ارزیابی قرار گرفته است. نتایج سطح ظاهری نشان داد که به کارگیری این روش سبب حذف کامل فرورفتگی در سطح نمونه ها شده و سطح جوش پس از فرآیند کاملا صاف است. تصاویر ریزساختاری و نتایج مکانیکی بیانگر این است که ناحیه جوش با ساختار تبلور مجدد دینامیکی دارای سختی و استحکام بالاتری نسبت به فلز پایه است. افزایش در پارامترها سبب افزایش عمق ناحیه همزده شده و نیز طول اتصال می شود که دلیل آن تولید گرمای اصطکاکی و نیز همزدگی بیشتر مواد است. با افزایش زمان نگهداری از 4به 8 در عمق فروروی ثابت 18/0 میلی متر عمق ناحیه همزده شده از 750 به 900میکرومتر افزایش می یابد. بیشینه استحکام جوش در این پژوهش برابر با5/4495 نیوتن است. این نمونه به دلیل مود شکست محیطی و اتصال مناسب در فصل مشترک دارای بیشینه نیروی شکست بالایی است. مشاهدات سطح شکست وجود هردو نوع وضعیت شکست در جوشکاری نقطه ای شامل وضعیت فصل مشترکی و محیطی را نشان داد.
    کلیدواژگان: آلیاژآلومینیوم 6061، جوشکاری همزن اصطکاکی اغتشاشی نقطه ای زائده ای، میکروساختار، خواص مکانیکی
  • بابک قربانیان، محمد تجلی*، سید محمد موسوی خویی، حسین توکلی صفحات 69-82
    یکی از مهمترین روش های تولید مواد و پوشش های اکسیدی، اکسیداسیون به روش پلاسمای الکترولیتی (PEO) است. پوشش های ایجاد شده بر روی آلومینیم در روش PEO دارای دو آلتروپی α-Al2O3 و γ-Al2O3می باشند که پوشش های حاوی آلوتروپی α-Al2O3 دارای سختی و مقاومت به سایش بهتری هستند. بنابراین هدف اصلی تحقیق حاضر بهینه سازی آلوتروپی اکسید آلومینیم در جهت افزایش مقدار α-Al2O3 در پوشش ایجاد شده به روش PEO است. در تحقیق حاضر از آلومینیم 1050 به عنوان فلز پایه و از موادی چون هیدراکسید پتاسیم، پیروفسفات سدیم و آلومینات سدیم به عنوان موا تشکیل دهنده الکترولیت استفاده شده است. برای بهینه سازی داده ها از روش طراحی آزمایش RSM و به کمک نرم افزار Design Expert 7 استفاده شد که مقدار هیدراکسید پتاسیم، پیروفسفات سدیم و آلومینات سدیم متغیر های مستقل تحقیق و سختی و نسبت بلندترین پیک آلوتروپی α-Al2O3 به بلندترین پیک آلوتروپی γ-Al2O3 متغیر وابسته تحقیق هستند. نتایج تحقیق حاضر نشان میدهد که ترکیب الکترولیت بهینه در جهت ایجاد بیشترین مقدار فاز α-Al2O3 دارای 9/2 گرم بر لیتر KOH، 15/1 گرم بر لیتر پیروفسفات سدیم و 34/0 گرم بر لیتر آلومینات سدیم است که نسبت شدت پیک α-Al2O3 (در آزمون XRD) بر پیک γ-Al2O3 در حالت بهینه 622/0 و مقدار سختی 1648 ویکرز می باشد.
    کلیدواژگان: اکسیداسیون به روش پلاسمای الکترولیتی، α-Al2O3، γ-Al2O3
  • مریم توحیدی*، فاطمه زحمتکشانی صفحات 83-92
    ساختارهای دی اکسید قلع (SnO2) خالص و آلاییده شده با روی (Zn doped SnO2)  به روش سولوترمال سنتز شدند. در این روش، سنتز اکسیدهای فلزی بدون استفاده از مواد افزودنی دیگر و تنها با انتخاب پیش ماده های جدید در حلال بر پایه اوره انجام گرفت. حلال مورد استفاده در این روش می تواند به عنوان عامل کنترل کننده شکل و اندازه برای جلوگیری از رشد بیش از اندازه ذرات مورد استفاده قرار گیرد.  علاوه بر آن با متلاشی شدن اوره تشکیل دهنده حلال در دمای 200 درجه سانتیگراد محیط قلیایی می شود که به تشکیل اکسید فلزی کمک می کند. فرآیند کلسینه شدن برای تولید SnO2 و  Zn-doped SnO2بعد از سنتز انجام شد. محصولات به دست آمده با بهره گیری از تکنیک های میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدان (FESEM)، پراش پرتو (XRD) X، طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه (FTIR)، طیف سنجی پراش انرژی پرتو X (EDS) و طیف سنجی مرئی-فرابنفش UV - Visible)) مشخصه یابی شدند. در این روش سنتز، محصولاتی با اندازه ذرات 16 و 18 نانومتر به ترتیب برای SnO2 و Zn-doped SnO2 به دست آمدند. هیچ پیکی از فازهای کریستالی ناخالص در طرح XRD تشخیص داده نشد.  محاسبات نشان داد که میزان شکاف انرژی 6/3 اکترون ولت می باشد که مربوط به منطقه فرابنفش طیف الکترومغناطیسی است. واژه های کلیدی: دی اکسید قلع، دی اکسید قلع آلاییده شده با روی، اوره، کلسینه شدن.
    کلیدواژگان: دی اکسید قلع، دی اکسید قلع آلاییده شده با روی، اوره، کلسینه شدن
  • علی محمد رشیدی*، حیدر رمضانی صفحات 93-106
    چدن نشکن آستمپر (ADI) ماده مهندسی شناخته شده ای با پتانسیل جایگزینی فولاد آهنگری است. اما کم بودن قابلیت ماشینکاری آن موجب شده از سوی برخی سازندگان مورد استقبال قرار نگیرد. بنابراین اصلاح فرایند تولید آن ضروری است تا با کنترل پارامترهای عملیات حرارتی قابلیت ماشینکاری چدن ADI بهبود یابد. این تحقیق با هدف مشخص نمودن اثر زمان آستنیته جزئی هم دما بر نیروی تراشکاری و تعیین زمان بهینه انجام شد. نمونه های با زمینه فریتی(FDI) در دمای oC 900 به مدت min 5 تا min 60 آستنیته و سپس در نمک مذاب با دمای 370 oC به مدت min 60 آستمپرشدند تا زمینه دوفازی(DMS) با مقادیر مختلف فاز آسفریت ایجاد شود. مقدار فازها با آنالیز تصویری و سختی آنها به روش برینل تعیین گردید. مولفه های نیروی برش با دستگاه دینامومترکیستلر در چند نرخ های پیشروی مختلف اندازه گیری شد. طبق نتایج به دست آمده، با گذشت زمان آستنیته جزئی کسر فاز آسفریت و سختی مطابق مدل جانسون-اورامی زیاد شدند. نسبت به نمونه ADI، با افزایش زمان تا min 12، برایند نیروی برش و توان برشی ویژه به ترتیب 50%-40% و 36% کاهش یافت. وابستگی برایند نیروی برش به نرخ پیشروی به صورت یک رابطه توانی با مقدار توان 73/0، 80/0 و 85/0 به ترتیب برای نمونه های FDI، DMS و ADI تعیین شد. نتایج به دست آمده نشان داد در فرایند آستنیته هم دما انتخاب زمان حرارت دهی، نقشی کلیدی در دستیابی به چدن ADI با قابلیت ماشینکاری مطلوب دارد.
    کلیدواژگان: چدن نشکن آستمپر، زمان آستنیته جزئی هم دما، زمینه دوفازی، قابلیت ماشینکاری، نیروی برش
  • هاجر احمدی مقدم*، محمدحسین پایدار صفحات 107-116
    کنترل ریزساختار الکترولیت سدیم بتا آلومینا، مورد استفاده در ساخت باتری های سدیم سولفور، برای دست یابی به خواص مکانیکی و هدایت یونی مناسب اهمیت زیادی دارد. در این تحقیق تاثیر اندازه ذرات پودر سدیم بتا آلومینا بر ریز ساختار نهایی و خواص این سرامیک بررسی شده است. برای این منظور پودر سدیم بتا آلومینا سنتز شده به روش حالت جامد، برای مدت زمان های متفاوت 30 دقیقه، 2، 6 و 10 ساعت تحت آسیا سایشی قرار گرفت. نتایج نشان داد که زمان آسیا تاثیر بسزایی بر تغییر اندازه ذرات اولیه پودر و در نتیجه بر رفتار چگالش، ریزساختار و نهایتا بر استحکام شکست و هدایت یونی الکترولیت سدیم بتا آلومینا خواهد داشت. با افزایش زمان آسیاکاری از 30 دقیقه به 6 ساعت و کاهش متوسط اندازه ذرات پودر از حدود 2 به 7/0 میکرومتر، رفتار چگالش پودر حاصل به دلیل افزایش نیروی محرکه تف جوشی بهبود یافت و منجر به افزایش استحکام شکست و هدایت یونی در دماهای بالا به ترتیب تا حدود 65 و 100 درصد گردید. با افزایش زمان آسیاکاری به 10 ساعت، به دلیل ایجاد ریزساختار غیریکنواخت، افت در خواص مکانیکی و الکتریکی سرامیک سدیم بتا آلومینا مشاهده شد. نتایج این مطالعه همچنین نشان داد که می توان رابطه ای خطی بین استحکام شکست و دانسیته نمونه های تولیدی برقرار نمود.
    کلیدواژگان: سدیم بتا آلومینا، زمان آسیا، ریز ساختار، استحکام، هدایت یونی
  • محمد هوشمند*، علی داودی، مهرداد کاشفی تربتی صفحات 117-132
    در این پژوهش به بررسی علت وقوع نشتی سیال از کف مخزن کاستیک با استفاده از شبیه سازی سیستم حفاظت کاتدی و همچنین توسعه رابطه توزیع جریان با یک فاصله نزدیک آند به سازه پرداخته شده است. از روش المان محدود برای حل عددی سیستم حفاظت کاتدی استفاده شد و مطابقت 94٪ نتایج شبیه سازی با نتایج میدانی نشان دهنده دقت نتایج است. اگرچه اندازه گیری های میدانی نشان دهنده حفاظت کف مخزن بوده ولی نتایج شبیه سازی نشان می دهد که فقط یک ناحیه محدود از کف مخزن تحت حفاظت بوده است که این ناحیه از رابطه توزیع جریان پیروی می کند و نشتی از مناطق اطراف که سطح حفاظت پایین تری داشته رخ داده است. چندین راه برای افزایش سطح حفاظت وجود دارد، یکی از راه ها افزایش فاصله آند از کف مخزن مطابق با رابطه توزیع جریان بوده اما نتایج شبیه سازی خلاف آن را نشان می دهد. هر آند یک گرادیان پتانسیل ایجاد می کند که می تواند از یک آند به آند دیگر متفاوت باشد. بنابراین رابطه توزیع جریان تا زمانی قابل استفاده خواهد بود که با افزایش فاصله آند از کف مخزن، کف مخزن از گرادیان پتانسیل ایجاد شده توسط آند خارج نشود. به همین دلیل در این پژوهش، رابطه توزیع جریان با استفاده از یک رابطه مکمل دیگر و با در نظر گرفتن شرایط مرزی توسعه پیدا کرده است.
    کلیدواژگان: شبیه سازی حفاظت کاتدی، روش المان محدود، توزیع پتانسیل
  • آرش یزدانی*، ارمغان نوربخش صفحات 133-140
    هدف از این مطالعه بررسی تاثیر هم زمان پلیمرهای اسید هیالورونیک (HA)، پلی وینیل الکل (PVA)، ژلاتین (Gel) و نانوهیدروکسی آپاتیت (nHAp)که مینرالی استخوانی است. در این پژوهش برای اولین بار با روش تبخیر حلال ساده، داربست استخوانی nHAp و پلیمرهای زیست تخریب پذیر HA، PVA و Gel ایجاد شد. نمونه های کامپوزیتی دوجزئی PVA - nHAp، کامپوزیت های سه جزئی Gel - PVA - nHAp و HA - PVA - nHAp و همچنین کامپوزیت چهار جزئی Gel - HA - PVA - nHAp با استفاده از فرایند تبخیر حلال ساده تهیه شد. بررسی های فازی و شیمیایی داربست به وسیله آزمون های FTIR و XRD انجام شد. توزیع و اندازه تخلخل ها و چگونگی ارتباط آن ها به یکدیگر و همچنین ناهمواری های سطح تخلخل ها با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی SEM مطالعه گردید. همچنین آزمون استحکام فشاری ضربه ای بر روی قرص های تهیه شده از این کامپوزیت انجام شد. آزمون FTIR تشکیل ترکیب شیمیایی جدیدی را نشان نداد. بالاترین استحکام فشاری ضربه ای مربوط به نمونه ی چهار جزئی بود. بررسی آنالیز SEM تشکیل داربست برای نمونه ی چهار جزئی که اندازه ی تخلخل ها را نشان داد، آنالیز XRD آمورف بودن نمونه ها را نشان می دهد و با توجه به شباهت نمودار XRD استخوان طبیعی، همچنین اندازه تخلخل ها و ذات روش تولید که منجر به تخلخلهای متصل به هم می شود، می توان از این کامپوزیت به عنوان پرکننده استخوان استفاده کرد.
    کلیدواژگان: داربست، هیالورونیک اسید، پلی ونیل الکل، هیدروکسی آپاتیت، تبخیر حلال
  • منصور مردعلی زاده*، محمد علی صفرخانیان، محمدرضا سلیمانی یزدی صفحات 141-155
    فرایند جوشکاری اصطکاکی اختلاطی، یک فرایند اتصال حالت جامد می باشد که در سال 1991 توسط موسسه TWI برای اتصال آلیاژهای الومینیوم توسعه داده شد. در این پژوهش بر پایه آزمایش های تجربی، فرایند اتصال دهی ورقهای آلیاژی آلومینیوم 5456 در حالت لبه روی هم، به گونه ای که ورق کار سرد شده H321 با ضخامت 5 میلیمتر بر روی ورق آنیل با ضخامت 5/2 میلیمتر قرار می گیرد، صورت پذیرفت و تاثیر همزمان پارامترهای سرعت دورانی و سرعت پیشروی ابزار بر خواص مکانیکی و متالورژیکی در فرایند جوشکاری اصطکاکی اختلاطی مورد تحقیق قرار گرفت. نتایج بررسی ها نشان داد که افزایش سرعت دورانی و کاهش سرعت پیشروی ابزار (افزایش گام جوشکاری)، سبب افزایش حرارت ورودی، افزایش سیلان عمودی مواد، افزایش ارتفاع هوک و کاهش ضخامت موثر ورق شده و باعث می شود شکست از منطقه ترمومکانیکال جایی که بیشترین حرارت ورودی به آنجا وارد می شود اتفاق بیفتد و افزایش سرعت پیشروی باعث کاهش میزان اختلاط مواد و کاهش ارتفاع هوک شده و سبب شکست فصل مشترکی می شود. با برسی دقیق تر نتایج مشاهده گردید که به علت متفاوت بودن ضخامت ورق ها، وجود عیب هوک و ارتفاع و جهت گیری مناسب آن در این طرح اتصال مفید بوده و باعث افزایش استحکام شده و در تست کشش سبب شکست از فلز پایه در ورق 5/2 میلیمتر گردید.
    کلیدواژگان: جوشکاری اصطکاکی اختلاطی، آلیاژ آلومینیوم 5456، اتصال لبه روی هم، خواص مکانیکی
  • محمدحسین آذرمی، محمد بیات، مجید بلباسی* صفحات 157-172
    در این پژوهش تاثیر دمای پیشگرم بیلت بر نیروی انجام فرآیند اکستروژن معکوس گرم یک مخزن از جنس فولاد میکروآلیاژی وانادیم دار، مورد بررسی قرار گرفت. ابتدا رفتار تغییر شکل پلاستیک فولاد مورد نظر توسط آزمون فشار گرم در دماهای 850 تا °C 1250 تحت نرخ کرنش های مختلف به دست آمد. سپس با کمک این داده ها فرآیند اکستروژن معکوس برای مخزن مورد نظر با روش اجزاء محدود در محدوده دمایی ذکر شده شبیه سازی شد. نتایج آزمون فشار گرم و اجزاء محدود نشان داد که با افزایش دمای پیشگرم از 850 به °C 1250، مقدار تنش بیشینه از 200 بهMPa 42 کاهش می یابد و نیروی انجام فرآیند اکستروژن معکوس گرم از 247 به Ton 43 کاهش پیدا می کند. در ادامه، ریزساختار نمونه ها توسط میکروسکوپ نوری مورد بررسی قرار گرفت که هیچگونه عیبی در ریزساختار آنها مشاهده نگردید. در نهایت باتوجه به نیروی محاسبه شده وارد به سنبه در فرآیند اکستروژن معکوس گرم در دمای °C 1200 به مقدار Ton 48 و تنش بیشینه بدست آمده در آزمون فشار گرم به مقدارMPa 53، فرآیند اکستروژن معکوس گرم بر روی بیلت فولادی در دمای پیشگرم °C 1200 در کارگاه انجام شد که تغییرشکل بیلت به پریفورم مخزن بدون ایجاد انحراف ابعادی، چین خوردگی و ترک صورت گرفت.
    کلیدواژگان: آزمون فشار گرم، روش اجزاء محدود، اکستروژن معکوس گرم، پریفرم، دمای پیشگرم
|
  • Samin Toofan *, Ali Nemati Pages 1-16
    Lithium-air battery has been a focus of study for the past two decades due to their high theoretical energy density. Solid state electrolytes with high ion conuducting capability still remains a critical challenge in developing lithium-air batteries. Lithium aluminium titanium phosphate with high ion conducting properties and NASICON structure is a hopeful material as solid electrolyte. In this study we have prepared LATP powders by a solution based synthesis method continued by annealing to obtain convenient crystallinity without impurities. Preferred Crystallization temperature was determined to be 800 °C by x-ray diffraction analysis. . The milled powder was used to form pellets, which was then calcined 850 °C for two level of pressing pressure and sintering time. Highest ionic conductivity of 1.07×10-4 was abtained by pressing pressure of 50 Mpa and duel time of 3 hours. Although highest density refered to pressing pressure of 300 Mpa and 3 hours duel time.
    Keywords: ionic conductivity, NASICON, solid state electrolyte
  • Somayeh Nikmardan, Vahid Pouyafar * Pages 17-32
    Semi-solid powder processing (SPP) is a technology that combines traditional powder metallurgy and semi-solid forming methods and has potential to produce metal matrix composites with low cost and high efficiency. In this research, SPP was used to fabricate magnesium alloy AZ91D matrix composite with high SiC reinforcement loading. First, for preparing powder, AZ91D magnesium alloy chips with average size of 4 × 2 × 1 (mm) were mechanically milled with a planetary ball mill and then, for mechanical alloying, the obtained powder with 50 wt.% (36 vol.%) 2 µm silicon carbide were milled again. The milled powder and also AZ91D/SiC composite powder were investigated by a field emission scanning electron microscopy (FESEM), particle size analyzer (PSA) and X-ray diffractometery (XRD). Spark plasma sintering (SPS) apparatus was used to densify the prepared composite powder by heating the powder mixture to semi-solid temperatures 561 °C (equivalent to liquid fraction of 30% in the whole sample) and 576 °C (equivalent to liquid fraction of 40% in the whole sample) applying pressure simultaneously. Microstructure, density, hardness, compressive strength and also present phases in the sintered samples were studied. The results show composites with few porosities and good mechanical properties can be prepared by SPP.
    Keywords: Semi-solid powder processing, AZ91D, SiC metal matrix composite, High particle reinforcement loading, Planetary ball mill, Spark plasma sintering
  • Esmaeil Jafari * Pages 33-50
    One of the important parameters to increase the corrosion resistance of base metal is the selection of an appropriate primer. This is an important factor for increasing the adhesion and durability of the coating. In this study, the effect of two different primers on the corrosion resistance of the painted low carbon steel has been investigated. For this purpose, zinc phosphate (which is normally used as a paint primer) and Ni-P nano-structured coating were used. The corrosion resistance was evaluated by potentiodynamic and cyclic polarization tests, electrochemical impedance spectroscopy and salt spray tests. The Scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction analysis (XRD) were used to characterize the morphology and composition of the coatings. And adhesion of the paint was investigated by pull off test. The results showed that the corrosion resistance of the painted low carbon steel with Ni-P nano-structured primer was more than that of the zinc phosphate primer. So that the polarization resistance increased by about 79.1 kΩ.cm2 and the pitting potential increased to 0.49V for nano-structured coating samples compared to zinc phosphate samples. Also, the results of the paint adhesion test indicated a high adhesion to nano-nickel-phosphorus primer compared to the phosphate-zinc primer.
    Keywords: Ni -P Nano - Structured_Corrosion Resistance_Zinc Phosphate primer
  • Omid Zarei, Mostafa Mosavizade, Fateme Zarghani *, Hamed Zarei Pages 51-68
    With the successful application of the protrusion spot friction stir welding technology to 2024 aluminum alloy and low carbon steel plate with a thickness of 1 mm , this technique was expanded to the spot welding of 1 mm thick 6061 aluminum alloy in this study. The effects of the tool dwell time (6, 12, 18 s) and plunging depth (0.1, 0.14 and 0.18 mm) were investigated on the microstructure and mechanical properties of samples. Surface appearance of the welding zone showed that the keyhole was not formed and the appearance of weld was relatively smooth. Microstructure and mechanical results indicated that the welding zone with uniform and refine structure due to dynamic recrystallization presents higher hardness and strength than base metal while can be affected by dwell time. Increasing the plunging depth increases the tensile strength and also decreases the thickness of the upper sheet.Fracture surfaces of the failed specimens present the shear fracture and the interfacial fracture.
    Keywords: Friction stir spot welding.Microstructure, Mechanical Properties, 6061 AL alloy
  • Babak Ghorbanian, Mohammad Tajally *, Mohammad Mousavi Khoie, Hossein Tavakoli Pages 69-82
    Electrolytic plasma oxidation (PEO) oxidation is one of the most important methods for oxidation of materials and coatings. The coatings based on aluminum in the PEO method have two α-Al2O3 and γ-Al2O3 altitudes, which have α-Al2O3 allotropic coatings that have better hardness and abrasion resistance. Therefore, the main objective of the present study is to optimize the alumina of aluminum oxide to increase the amount of α-Al2O3 in the coating produced by the PEO method. In the present study, aluminum 1050 is used as a base metal, and materials such as potassium hydroxide, sodium pyrophosphate, and sodium aluminate are used as electrolytes. To optimize the data, the RSM test design method was used with the Design Expert 7 software. The amount of potassium hydroxide, sodium pyrophosphate and sodium aluminate, independent variables of research and hardness, and the ratio of the highest peak allotropic α-Al2O3 to the highest peak γ- Al2O3 are dependent variables of the research. The results of this study show that the optimal electrolyte composition in order to produce the highest amount of α-Al2O3 phase is 2.9 g / L KOH, 1.15 g / L sodium Sodium pyrophosphate and 0.34 g / L Sodium Aluminate, which is the ratio of peak intensity α -Al2O3 (in the XRD test) on the γ-Al2O3 peak at an optimal level of 622 and a hardness of 1648 Hv.
    Keywords: Electrolytic plasma oxidation, α-Al2O3, γ-Al2O3
  • Maryam Tohidi *, Fatemeh Zahmatkeshani Pages 83-92
    Tin dioxide (SnO2) and Zn doped SnO2 structures were synthesized by hydrothermal method. In this method, synthesis of metal oxides was done without using any additives only by selection of new precursors in Urea-based solvent. The applied solvent in this work can be used as size and shape directing agent to prevent further particle growth besides solvent role. Also by decomposition of Urea component of the solvent at 200 °C, the medium became alkali and can help to the production of metal oxide. The calcination process was done for the production of SnO2 and Zn-doped SnO2 after synthesis. The obtained products were characterized by using field emission scanning electron microscopy (FESEM), X-ray diffraction (XRD), Fourier transform near IR (FTIR), energy dispersive X-ray (EDS) and UV-Vis spectroscopy.  By this method, the products with average sizes of 16 and 18 nm were obtained, respectively for SnO2 and Zn-doped SnO2. No peaks of crystalline impurity phase were observed in the XRD pattern. The calculation showed 3.6 e.V.  for band gap energy that related to ultraviolet part of the electromagnetic spectrum.                        Keywords: Tin Dioxide, Zinc-doped Tin Dioxide, Urea, Calcination.
    Keywords: Tin Dioxide, Zinc-doped Tin Dioxide, Urea, Calcination
  • Ali Mohammad Rashidi *, Haidar Ramazani Pages 93-106
    Austempered ductile iron (ADI) is well known as useful engineering material and can compete with forged steel in many applications. But its poor machinability have caused to be not quite welcomed by manufacturers. Therefore, it is essential to modify production process to achieve desire machinable ADI by controlling of heat treatment parameters. The present study was, therefore, performed to clarify the influence of austenitizing time on cutting forces in rough turning operations and to obtain the optimum austenitizing duration of improving the machinability. To attain this goal, the samples of ferritic ductile iron (FDI) were austenitized at temperature of 900 oC for 5 to 60 min, followed by austempering into a salt bath at 370°C for 60 min to produce dual matrix structures (DMS) with different ausferrite volume fractions. Image analysis was employed to quantitatively evaluate the microstructure. The hardness were determined via Brinell test method. As a criteria adopting for machinability, cutting forces measured by Kistler dynamometer. The results indicated that the ausferrite fraction and hardness increased by increasing austentizing time according to the Johnson-Avrami model. Increasing austenitizing time to 12 min resulted in 40-50% and 36% improvement on the resultant cutting force and Specific cutting power, respectively, when compared to ADI. The resultant cutting force was correlated with feed rate as a power model with exponents of 0.73, 0.80 and 0.85 for FDI, DMS and ADI, respectively. Obtained results indicates the selection of proper duration of isothermal austenitizing play the key role to achieve ADI with desire machinability.
    Keywords: ADI, Cutting forces, Dual matrix structure, Machinability, Partially austenitizing time
  • Hajar Ahmadimoghadam *, Mohammad Hossein Paydar Pages 107-116
    The microstructure control of sodium beta-alumina electrolyte used in the manufacture of sodium sulfur batteries is important for obtaining appropriate mechanical and ionic conductivity properties. In this research, the effect of particle size of sodium beta-alumina powder on the final microstructure and properties of this ceramic has been investigated. For this purpose, solid-state-synthesized sodium beta-alumina powder was milled by attrition milling for 30 min, 2, 6, and 10 hours. The results showed that the milling time had a significant effect on the powder particle size and consequently on the condensation behavior, microstructure, and finally on the fracture strength and ionic conductivity of sodium beta-alumina electrolyte. By increasing the milling time from 30 minutes to 6 hours and reducing the average particle size of the powder from about 2 to 0.7 microns, the resulting powder condensation behavior improved due to increased sintering diving force, resulting in increased fracture strength and ionic conductivity of up to 65% and 100%, at high temperatures. With increasing the milling time to 10 hours, due to the development of non-uniform microstructure, a decrease in the mechanical and electrical properties of sodium beta-alumina ceramic was observed. The results of this study also showed a linear relationship between the fracture strength and the density of the samples can be established.
    Keywords: Sodium beta-alumina, Milling time, Microstructure, Strength, ionic conductivity
  • Mohammad Houshmand *, Ali Davoodi, Mehrdad Kashefi Torbati Pages 117-132
    in this paper, cause of leakage on the caustic tank bottom is investigate using simulation cathodic protection and develop the NACE formula “current distribution with a close anode-to-structure spacing”. The Finite Element Method is used for numerical solution. Although, field measurements have been under protection of the tank bottom, However, the simulation results showed that only a limited area of the tank bottom was protected, which this area follows the NACE formula and the surrounding areas of the tank have a lower level of protection, that has led to the leakage this areas. There were many ways to increase the protection area, one of them was an increase the anode distance from the tank bottom that the NACE formula indicating this issue but the simulation results showed the opposite of this. Each anode make a potential gradient that can vary from one anode to another. Therefore, NACE formula can be used until; with increase anode distance from tank bottom, tank bottom don’t get out from anode potential gradient. For this reason, in this paper, the NACE formula has been developed by providing a complementary formula and using the specified condition, which has a higher efficiency than the previous formula.
    Keywords: cathodic protection simulation, finite element method, potential distribution
  • Arash Yazdani *, Armaghan Noorbakhsh Pages 133-140
    The purpose of this study was to evaluate the simultaneous effect of Hyaluronic acid (HA) - Polyvinyl alcohol (PVA) - Gelatin (Gel), and nano Hydroxyapatite (nHAp), which is mineral in bone. In this study, for the first time, bone scaffold of nHAp and bioresorbable polymers (HA, PVA, and Gel) was prepared by solvent evaporation method. The composite specimens were prepared using nHAp-PVA, nHAp-PVA-Gel and nHAp-PVA-HA, four-component nHAp-PVA-HA-Gel, using a simple liquidation process. Phase and chemical analysis were investigated by FTIR and XRD tests. The distribution and porosity size and their relationship to each other as well as the roughness of porosity were studied using scanning electron microscopy. The compressive strength test was also performed on tablets prepared from this composite. The FTIR test did not indicate the formation of a new chemical compound. The compressive strength indicated that the four minor sample had the highest numerical value. Investigating the SEM analysis of the formation of scaffolds for a four-part sample, which shows porosity percentage, porosity size and bonding, suggest the suitability of this sample for tissue engineering applications. The analysis of the XRD is an amorphous specimen and, given the similarity of the natural bone XRD diagram, this composite can be used as a bone filler.
    Keywords: Scaffold, Hyaluronic acid, PVA, Hydroxyapatite, Solvent Evaporation
  • mansuor mardalizadeh * Pages 141-155
    The research is based on experimental tests, lap joint welding of 5456 aluminum alloy was carried, so that the hard working H321 sheet with the thickness of 5 mm was placed on an annealed sheet with the thickness of 2.5 mm and has been investigating the simultaneous effects of parameters such as rotation speed and welding speed on metallurgical and mechanical properties in friction stir welding process. The results showed that increasing of rotation speed and reducing of welding speed (increase of welding step) causes increased heat input, increase vertical flux, increase hook height and reduction in effective Sheet thickness and it is causing the failure from the thermomechanical zone where the maximum heat input applied also, increasing of welding speed causes reduction in the material mixing and hook height and it causes an interface failure. It was observed with an examination of the results due to the differences in thickness of the sheets, existence of hook defect and its appropriate height and orientation is useful in this joint and causes an increase in strength and failure was in the base metal of the sheet with a thickness 2.5 mm in a tensile test.
    Keywords: Friction Stir Welding, 5456 Aluminum Alloy, Lap Joint, Mechanical Properties
  • Mohammad Hoseyn Azarmi, Mohammad Bayat, Majid Belbasi * Pages 157-172
    In this research, the effect of billet preheat temperature on the forming force value in hot backward extrusion process for a preform made of vanadium micro alloyed steel is studied. The plastic deformation behavior of steel using hot compression test at temperatures of 850℃ to 1250℃ under different strain rates is obtained. Then on the basis of these data, the hot backward extrusion process for the desired vessel in the same temperature range is simulated using finite element method. The results of the hot compression test and finite element, show that with increasing the preheat temperature from 850℃ to 1250℃, the maximum stress reduced from 200 MPa to 42 MPa and the required force for hot extrusion process is reduced from 247 to 43 Ton, respectively. In addition, the microstructure of the samples was examined by optical microscopy and no defect was observed in microstructure. Finally, according to result of calculated force in hot extrusion process on billet with 1200℃ preheat temperatures was carried out in the workshop and deformation of billet to perform was carried out without dimensional distortion wrinkles and crack.
    Keywords: hot compression test, finite element method, hot backward extrusion, preform, preheat temperature