بررسي و مطالعه تاثير پارامتر هاي فرآيند بر تركيب فازي, قابليت تراكم پذيري و خواص مكانيكي سرمت هاي آلومينا –كرم ساخته شده به روش سنتز احتراقي

Effects of the fabrication parameters on the phase composition, densification and mechanical properties of alumina-chromium cermets fabricated by combustion synthesis method

سرمت ها به عنوان يك سازه سراميكي مقاوم در دماهاي بالا بواسطه حضور فاز ثانويه فلزي چكش خوار ,تردي و شكنندگي آنها به طور قابل توجهي كمتر از سراميك هاي منوليتيك يا كاميوزيت هاي سراميك – سراميك مي باشد. بدين ترتيب مي توانند در بسياري موارد كه مقاومت به سايش ،مقاومت به خزش ومقاومت ترمومكانيكي بالا نياز باشد جايگزين آلياژهاي فلزي شوند. در اين مطالعه ساخت و خواص سرمت بر پايه آلومينا و فاز فلزي كروم به روش سنتز احتراقي در نسبت هاي مختلف از مواد Al2O3 ، Cr2O3 و Al، زمان هاي مختلف آسيا كاري و دماهاي مختلف عمليات حرارتي مورد بررسي قرار گرفته است. براي انتخاب مناسب پارامترهاي ساخت (زمان آسياكاري, دماي پخت, اتمسفر, تركيب مواد اوليه) نمونه هايي با نسبت هاي مختلف ا زمواد اوليه كه در زمان هاي مختلف آسيا كاري شده بودند مورد آناليزDTA, و TGA قرار گرفتند .همچنين از SEM براي مشاهدات ريز ساختاري, از XRD براي آناليز فازي, از آزمون خمش سه نقطه اي براي اندازه گيري استحكام و تافنس و از روش ويكرز براي اندازه گيري سختي استفاده گرديد. نتايج نشان مي دهد كه براي زمانهاي آسيا كاري بالاتر از 2 ساعت به دليل فعال سازي پودر دماي شروع واكنش هاي گرما زا كاهش مي يابد.با افزايش نسبت x در مخلوط اوليه {(1-x)Al2O3 ، xCr2O3 ، 3xAl} يعني استفاده كمتر از Al2O3 اضافي تا x=0.5 دانسيته ، استحكام و تا0.7 x= تافنس نمونه هاي زينتر شده افزايش مي يابد. اما سختي همواره با افزايش نسبت x كاهش مي يابد. در ضمن براي مخلوط باx=0.5 با افزايش دماي زينتر تا ?C 1550 تافنس افزايش يافته هرچند به ميزان جزيي استحكام از 1500 به ?C 1550 كاهش مي يابد.در ضمن مسيله اكسيداسيون فاز كرم خيلي مهم بوده به طوري كه فقط در اتمسفر آرگون با خلوص بالا مي توان به بالاترين خواص رسيد.

As a high temperature structural ceramic, cermets exhibit less brittle than the ceramic-ceramic composites or the monolithic ceramics in presence of the ductile metal second phase. On the other hand, they have higher refractory, higher creep and thermo-mechanical resistance and higher abrasive resistance in comparable of metals. In the present study, Alumina-Chromium cermets with different proportions of Al2O3, Cr2O3 and Al, different ball-milling time and different heat treatment temperatures have been fabricated. In order to evaluate the optimum manufacturing conditions, specimens with different composition of ball-milled starting materials and for different times were subjected to DTA and TGA analysis. Obtained materials were characterized by microstrutural observations (SEM), phase analyses (XRD), mechanical properties measurements (toughness and strength- three point bending test) and by hardness testing (Vickers). The results of DTA show that for ball-milling more than two hours, there is a decreasing of intensity and temperature of exothermic peak relating to thermit reaction. Higher proportion of x in starting materials, 3xAl, xCr2O3, (1-x)Al2O3, cause increasing the density and strength until x=0.5 and increasing toughness of sintered samples until x=0.7. The hardness however, constantly decreases on increasing of the x value. In addition, the mechanical properties of sample with x=0.5 is improved by increasing of the sintering temperature to 1550 °C. he difference between thermal expansion coefficient of the metallic and ceramic phase, oxidation of the chromium phase, low wetting of alumina by chromium phase and a coarser structure are the principle responsible for decreasing of properties in higher value of x and high sintering temperature.