بررسی استحاله تبلور در نوار انجماد سریع شده آلیاژ (Al90Ni8Zr2)98Mm2

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، مهندسی مواد، پژوهشکده مواد پیشرفته و انرژی های نو، سازمان پژوهش های علمی و صنعتی ایران

2 دانشیار، پژوهشکده مواد پیشرفته و انرژی های نو، سازمان پژوهش های علمی و صنعتی ایران

3 استادیار، پژوهشکده مواد پیشرفته و انرژی های نو، سازمان پژوهش های علمی و صنعتی ایران

چکیده

در پژوهش حاضر رفتارتبلور آلیاژ آمورف (Al90Ni8Zr2)98Mm2 با استفاده از روشهای پراش پرتو ایکس (XRD)، گرماسنجی روبشی افتراقی (DSC) و آزمون ریزسختی مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور نوارهای آمورف با استفاده از دستگاه مذاب ریسی تولید شدند. ضخامت متوسط نوارهای تولید شده برابر با 20 میکرومتر بود. نتایج آزمون گرماسنجی روبش افتراقی نشان داد که تبلور در آلیاژ آمورف (Al90Ni8Zr2)98Mm2 حداقل در سه مرحله مجزا رخ می دهد. نمودارهای آنالیز حرارتی با استفاده از روش کیسینجر تحلیل شد و انرژی فعال سازی برای مراحل اول، دوم و سوم فرآیند تبلور به ترتیب برابر با 331، 241 و 330 کیلو ژول بر مول بدست آمد. میکروسختی فاز آمورف در دمای اتاق برابر با 413 ویکرز بدست آمد که با انجام عملیات حرارتی به صورت هم دما تا دماهای پیش از دمای مرحله اول فرآیند تبلور به 276 ویکرز کاهش یافت. همچنین با افزایش دمای عملیات حرارتی تا دمایی بعد از مرحله اول تبلور و پس از تشکیل کریستالیتهای α-Al در زمینه آمورف، سختی به 453 ویکرز افزایش یافته است و در نهایت با تشکیل فازهای بین فلزی در دمای K800، مقدار سختی به 269 ویکرز کاهش یافت.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Study on crystallization of rapid solidified ribbons of (Al90Ni8Zr2)98Mm2 alloy

نویسندگان [English]

  • Hamid Reza Asgari 1
  • Reza Gholamipour 2
  • Farzad Shahri 3
1 1- Ph.D. student, Advanced Materials and Renewal Energies Department, Iranian Research Organization for Science and Technology (IROST),
2 Associated professor, Advanced Materials and Renewal Energies Department, Iranian Research Organization for Science and Technology (IROST),
3 Assistant professor, Advanced Materials and Renewal Energies Department, Iranian Research Organization for Science and Technology (IROST),
چکیده [English]

In the present study, crystallization behavior of amorphous (Al90Ni8Zr2)98MM2 alloy have been investigated using X-ray diffraction, differential scanning calorimetry (DSC) and micro-hardness test. For this purpose, amorphous ribbons were manufactured using a melt-spinning apparatus. The average thickness of the produced ribbon was 20 micrometers. The results of the kinetic test showed that the crystallization in the amorphous alloy (Al90Ni8Zr2)98MM2 occurs at least in three steps. DSC graphs were analyzed using Kissinger's method and the activation energy for the first, second and a third stage of crystallization was 331, 241, and 330 kJ/mole, respectively. The results of micro-hardness test showed that the amorphous phase hardness at room temperature was 413 Vickers, which was reduced to 276Hv by isothermal heat treatment at temperatures close to first transformation temperatures. It has been observed that, after heat treatment at a temperature above α-Al phase transformation temperature, the hardness increases to 453Hv. Formation of intermetallic phases at 800K, cause the hardness drop to 269Hv.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Amorphous Aluminum Alloy
  • Activation Energy
  • Crystallization
  • Melt-spinning

[1] Inoue A. Amorphous, nanoquasicrystalline and nanocrystalline alloys in Al-based systems. Prog. Mater. Sci. 1998 Dec;43(5):365–520.

[2] Yu-de X, Min LI, Jue Z, Wen-xian LI, Zheng-qing MA. Devitrification behaviour of rapidly solidified Al 87 Ni 7 Cu 3 Nd 3 amorphous alloy prepared by melt spinning method. J Cent south Univ Technol. 2007;3(0285–06):285–90.

[3] Wang L, Ma L, Kimura H, Inoue A. Amorphous forming ability and mechanical properties of rapidly solidified Al – Zr – LTM (LTM=Fe, Co, Ni and Cu) alloys. Mater Lett. 2002;52(January):47–52.

[4] Inoue A, Kimura H, Amiya K. Developments of Aluminum- and Magnesium-Based Nano-phase High-Strength Alloys by Use of Melt Quenching-Induced Metastable Phase. Mater Trans. 2002;43(8):2006–16.

[5] Yang HW, Wen J, Quan MX, Wang JQ. Evaluation of the volume fraction of nanocrystals devitrified in Al-based amorphous alloys. J Non Cryst Solids [Internet]. 2009 Feb;355(4–5):235–8.

[6] Kim, Y.; Inoue, A.; Masumoto T. Ultrahigh Mechanical Strength of Al88Y2Ni10-xMx (M=Mn, Fe or Co) Amorphous Alloys Containing Nanoscale fcc-Al Particles. Mater Trans. 1991;32(7):599–608.

[7] Suryanarayana C, Inoue A. Bulk Metallic Glasses. CRC Press; 2011. 523 p.

[8] Liu Y, Ye SL, An B, Wang YG, Li YJ, Zhang LC, et al. Effects of mechanical compression and autoclave treatment on the backbone clusters in the Al86Ni9La5 amorphous alloy. J Alloys Compd. 2014 Feb;587:59–65.

[9] Wesseling P, Ko BC, Vatamanu LO, Shiflet GJ, Lewandowski JJ. Effects of Annealing and Pressure on Devitrification and Mechanical Properties of Amorphous Al87Ni7Gd6. Metall Mater Trans A. 2007 Dec 21;39(8):1935–41.

[10] Ouyang Y, Wang L, Chen H, Cheng X, Zhong X, Feng Y. The formation and crystallization of amorphous Al65Fe20Zr15. J Non Cryst Solids. 2008 Dec;354(52–54):5555–8.

[11] Mansouri M, Simchi a., Varahram N, Park ES. Development of fcc-Al nanoparticles during crystallization of amorphous Al–Ni alloys containing mischmetal: Microstructure and hardness evaluation. Mater Sci Eng A. 2014 May;604:92–7.

[12] Song K, Bian X, Lv X, GuO J, Li G, Xie M. Compositional dependence of glass-forming ability, medium-range order, thermal stability and liquid fragility of Al–Ni–Ce-based amorphous alloys. Mater Sci Eng A. 2009 Apr;506(1–2):87–93.

[13] Dubaj T, Cibulkov Z, Simon P, An Incremental Isoconversional Method for Kinetic Analysis Based on the Orthogonal Distance Regression, J. Comput. Chem. 2015;(36):392–398

[14] Mansouri M, Simchi a., Lee JI, Park ES, Varahram N. Non-isothermal kinetic studies of crystallization in amorphous Al86Ni10MM4 alloy. J Non Cryst Solids. 2014 Mar;(387):36–40.

[15] Vyazovkin S, Isoconversional Kinetics of Thermally Stimulated Processes - Chapter 2: Isoconversional Methodology, Springer International Publishing Switzerland 2015 pp. 27 – 59

[16] Svoboda R, Malek J, Interpretation of crystallization kinetics results provided by DSC, Thermochimical Acta 2011; (526)237–251

[17] Monshi A, Foroughi MR, Monshi MR. Modified Scherrer Equation to Estimate More Accurately Nano-Crystallite Size Using XRD. World J Nano Sci Eng. 2012;2(September):154–60.

[18] Kim T-S, Hong S-J, Lee B-T. Hardness behavior of the partially crystallized amorphous Al86Ni9Mm5 alloys. Mater Sci Eng A. 2003 Dec;363(1–2):81–5.

[19] Liu Y, Ye SL, An B, Wang YG, Li YJ, Zhang LC, et al. Effects of mechanical compression and autoclave treatment on the backbone clusters in the Al86Ni9La5 amorphous alloy. J Alloys Compd. 2014 Feb;587:59–65.