تولید و مشخصه یابی ترکیب بین فلزی نانوکریستال Ni2AlSi از طریق فرایند آلیاژسازی مکانیکی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، مرکز تحقیقات مواد پیشرفته، دانشکده مهندسی مواد، واحد نجف آباد، دانشگاه آزاد اسلامی،

2 دانشجوی کارشناسی ارشد، مرکز تحقیقات مواد پیشرفته، دانشکده مهندسی مواد، واحد نجف آباد، دانشگاه آزاد اسلامی،

3 استادیار، گروه مهندسی مواد و متالورژی، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه اراک،

4 استادیار، گروه مهندسی مواد، دانشکده مهندسی، دانشگاه سیستان و بلوچستان،

چکیده

در این تحقیق، ترکیب بین‌فلزی Ni2AlSi توسط فرایند آلیاژسازی مکانیکی تولید و مکانیزم تشکیل آن در حین آلیاژسازی با ترکیب بین فلزی NiAl مقایسه شد. بدین منظور، مخلوط‌های پودری Ni50Al50 و Ni50Al25Si25 به مدت زمان 30 ساعت مورد عملیات آلیاژسازی مکانیکی قرار گرفتند. تغییرات فازی، ریزساختاری و مورفولوژیکی مخلوط‌های پودری در حین آلیاژسازی مکانیکی توسط پراش پرتو ایکس و میکروسکوپ الکترونی روبشی مورد بررسی قرار گرفتند. همچنین رفتار حرارتی پودرها توسط آنالیز حرارتی افتراقی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که ترکیب‌های بین‌فلزی نانوکریستال NiAl و Ni2AlSi با موفقیت پس از 30 ساعت آلیاژسازی مکانیکی تولید شدند. مسیر تشکیل ترکیب بین-فلزی NiAl بصورت وقوع واکنش مستقیم بین ذرات دو عنصر نیکل و آلومینیوم در حین فرایند آلیاژسازی مکانیکی بود و هیچ‌گونه محلول جامدی در حین آلیاژسازی مکانیکی قبل از تشکیل ترکیب بین فلزی تشکیل نشد. همچنین در حین آلیاژسازی مکانیکی مخلوط پودری Ni-Al-Si در ابتدا ترکیب بین‌فلزی NiAl تشکیل شد. در ادامه با انحلال سیلیسیوم در ساختار این ترکیب، فاز بین‌فلزی (Ni,Si)Al ایجاد شد و در نهایت با انجام آلیاژسازی بیشتر ترکیب (Ni,Si)Al به ترکیب بین‌فلزی منظم (ساختار ابرشبکه) Ni2AlSi تبدیل گردید.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Production and characterization of Ni2AlSi nanocrystalline intermetallic compound via mechanical alloying process

نویسندگان [English]

  • Mahdi Rafiei 1
  • Mehrdad Javadi 2
  • Hossein Mostaan 3
  • Abbasian Ahmad Reza 4
1 Assistant Professor, Advanced Materials Research Center, Department of Materials Engineering, Najafabad Branch, Islamic Azad University,
2 M.Sc. Student, Advanced Materials Research Center, Department of Materials Engineering, Najafabad Branch, Islamic Azad University,
3 Assistant Professor, Faculty of Engineering, Department of Materials and Metallurgical Engineering, Arak University,
4 Assistant Professor, Department of Materials Engineering, Faculty of Engineering, University of Sistan and Baluchestan,
چکیده [English]

In this research, Ni2AlSi intermetallic compound was synthesized by mechanical alloying and its formation mechanism was compared with NiAl intermetallic compound during mechanical alloying. For this purpose, Ni50Al50 and Ni50Al25Si25 powder mixtures were mechanically alloyed for 30 h. Phase, microstructural and morphological evolutions of the powder mixtures were studied by X-ray diffraction and scanning electron microscope. Also, thermal behavior of the powders was investigated by differential thermal analysis. It was found that NiAl and Ni2AlSi nanocrystalline intermetallic compounds were successfully synthesized after 30 h of mechanical alloying. The reaction pathway of Ni50Al50 powder mixture was direct reaction between Ni and Al elemental powders to produce NiAl intermetallic compound without any solid solution formation or intermediate phase during mechanical alloying. Also, during mechanical alloying of Ni50Al25Si25 powder mixture, first NiAl intermetallic compound formed. In continue, with dissolution of Si into NiAl lattice, (Ni,Si)Al intermetallic compound formed. Finally, with further mechanical alloying, (Ni,Si)Al phase transformed to ordered Ni2AlSi intermetallic compound (super lattice structure).

کلیدواژه‌ها [English]

  • Mechanical alloying
  • Intermetallic Compound
  • X-ray diffraction
  • Thermal Analysis
 [1]Y. Youjun, Z. Jiansong, C. Jianmin, Z. Huidi, G. Chun, W. Lingqian, Y. Lianbin,  "Preparation, microstructure and tribological behavior of laser cladding NiAl intermetallic compound coating" , Wear , 274– 275 (2012) 298– 305.

[2] M. Mohammadnezhad, M. Shamanian, M.H. Enayati "Formation of nanostructured NiAl coating on carbon steel by using mechanical alloying" Applied Surface Science, 263 (2012) 730–736.

[3] R.D. Noebe, R.R. Bowman, N.V. Nathal, Int. Mater. Rev. Vol. 38 (1993) 193–232.

[4] N.S. Stolo, C.T. Liu, S.C. Deevi, Emerging applications of intermetallics, Intermetallics 8 (2000) 1313-1320.

[5] M. Rafiei, M.H. Enayati, F. Karimzadeh, Characterization and formation mechanism of nanocrystalline (Fe,Ti)3Alintermetallic compound prepared by mechanical alloying, Journal of Alloys and Compounds, 480 (2009) 392–396.

[6] M. Rafiei,M. H. Enayati, F. Karimzadeh, The effect of Ti addition on alloying and formation of nanocrystalline structure in Fe–Al system, J Mater Sci, 45 (2010) 4058–4062.

[7] S.E. Aghili, M.H. Enayati, F. Karimzadeh, Synthesis of (Fe,Cr)3Al–Al2O3 nanocomposite through mechanochemicalcombustion reaction induced by ball milling of Cr, Al and Fe2O3 powders, Advanced Powder Technology, 25 (2014) 408–414.

[8]  Z. Adabavazeh, F. Karimzadeh, M.H. Enayati, Synthesis and structural characterization of nanocrystalline (Ni,Fe)3Alintermetallic compound prepared by mechanical alloying, Advanced Powder Technology, 23 (2012) 284–289.

[9] D.B. Miracle, Air Force Wright Laboratory, WL/MLLM Wright-Patterson AFB, OH 45433, U.S.A "THE PHISYCAL AND MECHANICAL PROPERTIES OF NiAl" Acta metal, mater. 41 (1993) 649-684.

[10] M. Rafiei, M.H. Enayati, F. Karimzadeh, Mechanochemical synthesis of (Fe,Ti)3Al–Al O nanocomposite, Journal of Alloys and Compounds, 488 (2010) 144–147.

[11] M. Rafiei, M.H. Enayati, F. Karimzadeh b, Thermodynamic analysis of solid solution formation in the nanocrystallineFe–Ti–Al ternary system during mechanical alloying, J. Chem. Thermodynamics, 59 (2013) 243–249.

[12] M. Rafiei,M.H.Enayati, F. Karimzadeh b, Kinetic analysis of thermite reaction in Al–Ti–Fe2O3 system to produce(Fe,Ti)3Al–Al2O3 nanocomposite, Powder Technology, 253 (2014) 553–560.

[13] E.T. Kubaski , O.M. Cintho , J.D.T. Capocchi "Effect of milling variables on the synthesis of NiAl intermetallic compound by mechanical alloying" Powder Technology, 214 (2011) 77–82.

[14] W.F. Gale, R.V. Nemani "Formation and microstructural stability of multiphase intermetallics based on NiAl" Materials Science and Engineering, A192/193 (1995) 868-872.

[15] M.H. Enayati, F. Karimzadeh, S.Z. Anvari "Synthesis of nanocrystalline NiAl by mechanical alloying" journal of materials processing technology, 200 (2008) 312–315.

[16] J. Eckert, I. Borner "Nanostructure formation and properties of ball-milled NiAl intermetallic compound" Materials Science and Engineering, A239–240 (1997) 619–624.

[17] J. Joardar, S.K. Pabi, B.S. Murty "Milling criteria for the synthesis of nanocrystalline NiAl by mechanical alloying" Journal of Alloys and Compounds, 429 (2007) 204–210.

[18] J.T. Kim, S.H. Hong, J.M. Park, J. Eckert, K.B. Kim, Microstructure and mechanical properties of hierarchical multi-phase compositesbased on Al-Ni-type intermetallic compounds in the Al-Ni-Cu-Si alloy system, Journal of Alloys and Compounds, 749 (2018) 205-210.

[19] G.K. Williamson,W.H. Hall, X-ray line broadening from filed aluminium and wolfram, Acta Metall. 1 (1953) 22–31.

[20] O. Kubaschewski, C.B. Alcock, Thermochemical data. Metallurgical Thermochemistry, Pergamon, Oxford, pp. 258-449, 1979.