تاثير افزودن منگنز بر مقاومت به اكسيداسيون Ti-48Al توليد شده به روش آلياژسازي مكانيكي

The Effect of Mn Addition on Oxidation Resistance of Ti-48Al Synthesized by Mechanical Alloying

آلومیناید تیتانیم و آلیاژهای آن، از خواص منحصر به فردی نظیر چگالی پایین (تقریباً g/cm3 4)، دمای ذوب بالا (تقریباً °C1460) و استحكام دمای بالای عالی برخوردارند و بههمین دلیل، در سال¬های اخیر مورد توجه صنایعی مانند خودروسازی، هوافضا و نیروگاهی قرار گرفته¬اند. تركیب بین¬فلزی Ti-48Al و آلیاژهای آن با 5/1، 3 و 5 درصد (اتمی) منگنز، بهروش آلیاژسازی مكانیكی با یك آسیای سیّاره¬ای از جنس كاربید تنگستن و با گلوله¬هایی از همین جنس تحت محیط گاز آرگون بهمدّت زمان 50 ساعت با استفاده از پودرهای عنصری تولید شدند. برای چگالش پودرها، از عملیّات فشردن سرد با حداكثر نیروی 40 تن استفاده شد و عملیّات حرارتی تحت گاز آرگون در دمای °C 1050 و در یك كوره¬ی الكتریكی لوله-ای از جنس كوارتز، انجام شد. نتایج آزمون پراش پرتوی ایكس نشان دادند كه افزودن منگنز به تركیب Ti-48Al حین آلیاژسازی مكانیكی، سبب تشكیل فاز جدیدی در مجموعهی آلومیناید تیتانیم نشده است. مشاهدات میكروسكُپ الكترونی روبشی از نمونه¬های چگالش یافته نشان دادند كه پیوند ذرات پودری بهخوبی در دمای عملیّات حرارتی °C 1050 برقرار شده است. نتایج سختی¬سنجی نشان دادند كه سختی تركیب Ti-48Al در حدود 1/22 راكول¬سی می¬باشد كه با افزودن منگنز به آن تا 5 درصد اتمی، به تقریباً 7/40 راكول¬سی افزایش می¬یابد. ارزیابی رفتار اكسایش نشان داد كه مقاومت به اكسایش تركیب Ti-48Al-5Mn در دمای °C 900، اندكی كمتر (حدود g 015/0) از مقاومت به اكسایش Ti-48Al می¬باشد. افزون بر این، برعكس آلیاژ Ti-48Al-5Mn، در زمان¬های اكسایش بیشتر از 14000 ثانیه، تركیب Ti-48Al به اكسایش حالت پایا رسیده است. تصویرهای میكروسكُپ الكترونی روبشی و نتایج آزمون طیف¬سنجی توزیع انرژی نشان دادند كه علّت ¬كم¬تر بودن مقاومت به اكسایش آلیاژ حاوی 5 درصد منگنز در مقایسه با Ti-48Al، تشكیل روتیل بر روی سطوح اكسید شده¬ی Ti-48Al-5Mn در دمای °C 900 می¬باشد.

Titanium aluminide and its alloys have been utilized in automotive, aerospace and power industries because of their specific properties such as low density (~ 4 g/cm3), high melting temperature (~ 1460 °C) and excellent high-temperature strength. Ti-48Al intermetallic compound and its alloys with 1.5, 3 and 5 at.%Mn were produced with mechanical alloying of elemental powders for 50 hours. The process of mechanical alloying was carried out in a planetary ball mill machine with WC cups and balls under inert atmosphere of argon. To obtain bulk samples, the mechanically alloyed powders were cold pressed with the load of 40 ton and then heat treated at 1050 °C under argon atmosphere in an electrical furnace with quartz tubes. The X-ray diffraction analysis showed that the addition of manganese to Ti-48Al during mechanical alloying causes no formation of a new phase in titanium aluminide system. Scanning electron microscopy observations on the surface of sintered bulk samples revealed that boundaries between powder particles have been well formed at 1050 °C. The results of hardness tests showed that the addition of Mn up to 5 at.% increases the hardness value of Ti-48Al compound (~22.1 HRC) to ~ 40.7 HRC. Evaluation of oxidation behavior showed that oxidation resistance of Ti-48Al-5Mn alloy is slightly smaller (~0.015 g) than that of Ti-48Al. On the contrary to Ti-48Al-5Mn alloy, Ti-48Al compound had a steady-state oxidation behavior for oxidation periods longer than 14000 seconds. Scanning electron microscopy images and the results of energy dispersive spectroscopy showed that the lower oxidation resistance of Ti-48Al-5Mn compared to that of Ti-48Al is related to the formation of rutile at 900 °C on the oxidized surfaces of Ti-48Al-5Mn.