rezakashi
عضو جدید
منبع: www.elsevier.com
در این مقاله ریزساختارهای یوتکتیک و هیپریوتکتیک آلیاژAl-Ge))تحت فشارهای مختلف توسط میکروسکوپهای نوری والکترونی روبشی برای آنالیز اثرفشار روی ساختار یوتکتیکی دراین آلیاژهای فلزی مشاهده شدند.مشاهده شدکه با افزایش فشاراز4تا5گیگا پاسکال بطور مشخصی ریز ساختارآلیازGe(w t53%)Al- بهسازی شد.مشاهده شد که شاخه های فرعی ریزساختاریوتکتیکی که در این آلیاژتحت فشارطبیعی منجمدشده اندتحت فشار بالایGPa5تمایل به محو شدن دارندبوسیلهTEM میکروسکوپ نوری تغییرات شکل رشدژرمانیم ازواضح تا غیر واضح در آلیاژهای جامد شده تحت فشار GPa5مشاهده شدند.
حلالیت GeدرAlتا18%با فشارGpa7قابل افزایش است و دو فاز بلوری میانی با مقدار 50- 45و68 درصدGe تحت فشارهای بالا برای این آلیاژها قابل مشاهده اند(2).
تحت فشارGPa9 در دمایok320فاز میانی(گاما)γبا ساختار هگزاگونالی با پارامتر شبکهnm2830/.= aوnm2622/0= cدرآلیاژ70Ge30Alپیدا میشود(2).
در سال 1998منحنی سالیدوس تحت فشارهای مختلف برای آلیاژهای Al-Geبوسیله کاگایا و همکارانش(3) با قانون ذوب لیندمن بدست آمد.مشاهده شد که با افزایش فشار منحنی سالیدوس در دیاگرام فازی(Al-Ge) بالا می آید و به سمت Geحرکت میکند. اخیرا"تحقیقات بسیار وبسیاری در آلیاژهایAl-Geمشخصا"با سرعت های سرد شدن زیاد برای پیدا کردن فاز های نیمه پایدارصورت گرفته است. اما تحقیقات روی تاثیر فشار در ریز ساختارهای انجمادی آلیاژهای Al-Geخیلی محدودند.
در این تحقیق اثرفشار روی فرایند انجماد این آلیاژها ابتدائا"مورد توجه قرار گرفته سپس اثر فشار روی ریزساختارهای آلیاژهای هیپریوتکتیک با میکروسکوپ های نوری(OM)الکترونی روبشی, (SEM)الکترونی عبوری و تشخیص فاز توسط پراش اشعهX(XRD)صورت گرفته است.
روش آزمایش:
الیاژهای یوتکتیک وهیپر یوتکتیک (53%و60%و70% وزنی ژرمانیم) با کوره ذوب الکترود ثابت سرد شونده با لوله های آبگرد مسی با استفاده ازآلومینیوم با خلوص 99/99 وژرمانیم با خلوص 999/99 ذوب وتهیه شده است.سپس نمونه های آلیاژی در سایزهایmm4 x4x4درفلاکس)(BN flux تا دمای oC 1400به مدت 7-5 دقیقه برای تشکیل ذوب نمونه تحت فشارGPa4و5 و6در محیط دماغه شش وجهی CS-IBحرارت داده شدند نمونه با سرعت تقریبی1KS-200 تا دمای اتاق تحت فشار مربوطه سرد شده اند. میکروسکوپ نوری و روبشی وعبوری برای نمایش ریز ساختار و آنالیز پراش اشعه xبرای حصول فازهای تشکیل دهنده در این آلیاژها مورد استفاده قرار گرفتند.
نتایج آزمایش و بحث :
شکل(1) نتایج پراش اشعهx Ge 60%- Alکه تحت فشارGPa5 منجمد شده را نشان میدهد.مشاهده شده است که وقتی این آلیاژ تحت
فشار بالا منجمد میشود فاز هایی ازAl(α)وGe(β) بصورت محلول جامد وبدون هیچ فاز دیگری مشاهده میشوند.
کاهش اندکی در پارامتر شبکه کریستالی فاز ازnm 5662/.تاnm 5428/.از تغییر فشار طبیعی تا فشار بالای GPa5 بدست میآید.شکل (2) ریز ساختار از آلیاژ یوتکتیک Ge53%-Al که تحت فشارهای مختلف منجمد شده را نشان میدهد. ساختار نمونه در آلیاژ یوتکتیکی منجمد شده تحت فشار طبیعی مشتمل بر فازهای لایه ای)β+α) و دو فاز Al(α)وGe(β) که رشد های زوجی دارند در شکل (a)2 مشاهده میشود .همچنین از شکل (2) فهمیده میشود که ساختار یوتکتبکیبا افزایش فشار بصورت مشخصی بهسازی شده است. در یک رنج مشخص فشار میتواند ضریب نفوذ را کاهش داده و سرعت نفوذ را پایین آورد ومسافت کوتاه عناصر در فاز مایع این آلیاژ میتواند ساختار یوتکتیکی را بطور مشخصی بهسازی کند.در زمان مشابهی مشاهده شده است که شاخه های فرعی ساختار یوتکتیکی تمایل به نا پدید شدن دارند شاید به این دلیل که مادون انجماد در نوک منطقه دندریتی کاهش پیدا میکند و در نتیجه رشد نوک (دماغه) افزایش می یابد. شکل (3)ریز ساختار آلیاژ هیپر یوتکتیکwt Ge70 % Al-که در تحت فشارهای مختلف منجمد شده اندرا نشان میدهند. در شکل(a)3فهمیده میشود که فاز اولیه هیپر یوتکتیک βمیباشد. که در الیاژهای تحت فشارهای بالای GPa5 منجمد میشوند.همانطور که در شکل (3)bفاز اولیه αدر آلیاژهای منجمدشده تحت فشار بالای GPa6 مشاهده میشود. از رابطه کلاسیوس- کلاپیرون در معادله(1) فهمیده میشود که نقطه ذوب آلومینیوم تاOC 4/6وقتی که فشار بالای Mpa100 میرود افزایش می یابد.(6)
چکیده:
در این مقاله ریزساختارهای یوتکتیک و هیپریوتکتیک آلیاژAl-Ge))تحت فشارهای مختلف توسط میکروسکوپهای نوری والکترونی روبشی برای آنالیز اثرفشار روی ساختار یوتکتیکی دراین آلیاژهای فلزی مشاهده شدند.مشاهده شدکه با افزایش فشاراز4تا5گیگا پاسکال بطور مشخصی ریز ساختارآلیازGe(w t53%)Al- بهسازی شد.مشاهده شد که شاخه های فرعی ریزساختاریوتکتیکی که در این آلیاژتحت فشارطبیعی منجمدشده اندتحت فشار بالایGPa5تمایل به محو شدن دارندبوسیلهTEM میکروسکوپ نوری تغییرات شکل رشدژرمانیم ازواضح تا غیر واضح در آلیاژهای جامد شده تحت فشار GPa5مشاهده شدند.
مقدمه:
آلومینیوم وژرمانیم میتوانند یک سیستم یوتکتیکی دوتایی ساده ای تشکیل دهند.دیاگرام فازتعادلی آلیاژAl-Geحداقل حلالیتGe5/0% رادر دمای0k450نشان میدهندکه تا 2/7%در دمایok697(دمای یوتکتیک) قابل افزایش است. فاز میانی ای در آلیاژها Al-Geمنجمد شده تحت فشار طبیعی وجود ندارد. با وجود این فشار بالا میتواند تغییراتی در دیاگرام فاز این آلیاژ ایجاد کند(1).حلالیت GeدرAlتا18%با فشارGpa7قابل افزایش است و دو فاز بلوری میانی با مقدار 50- 45و68 درصدGe تحت فشارهای بالا برای این آلیاژها قابل مشاهده اند(2).
تحت فشارGPa9 در دمایok320فاز میانی(گاما)γبا ساختار هگزاگونالی با پارامتر شبکهnm2830/.= aوnm2622/0= cدرآلیاژ70Ge30Alپیدا میشود(2).
در سال 1998منحنی سالیدوس تحت فشارهای مختلف برای آلیاژهای Al-Geبوسیله کاگایا و همکارانش(3) با قانون ذوب لیندمن بدست آمد.مشاهده شد که با افزایش فشار منحنی سالیدوس در دیاگرام فازی(Al-Ge) بالا می آید و به سمت Geحرکت میکند. اخیرا"تحقیقات بسیار وبسیاری در آلیاژهایAl-Geمشخصا"با سرعت های سرد شدن زیاد برای پیدا کردن فاز های نیمه پایدارصورت گرفته است. اما تحقیقات روی تاثیر فشار در ریز ساختارهای انجمادی آلیاژهای Al-Geخیلی محدودند.
در این تحقیق اثرفشار روی فرایند انجماد این آلیاژها ابتدائا"مورد توجه قرار گرفته سپس اثر فشار روی ریزساختارهای آلیاژهای هیپریوتکتیک با میکروسکوپ های نوری(OM)الکترونی روبشی, (SEM)الکترونی عبوری و تشخیص فاز توسط پراش اشعهX(XRD)صورت گرفته است.
روش آزمایش:
الیاژهای یوتکتیک وهیپر یوتکتیک (53%و60%و70% وزنی ژرمانیم) با کوره ذوب الکترود ثابت سرد شونده با لوله های آبگرد مسی با استفاده ازآلومینیوم با خلوص 99/99 وژرمانیم با خلوص 999/99 ذوب وتهیه شده است.سپس نمونه های آلیاژی در سایزهایmm4 x4x4درفلاکس)(BN flux تا دمای oC 1400به مدت 7-5 دقیقه برای تشکیل ذوب نمونه تحت فشارGPa4و5 و6در محیط دماغه شش وجهی CS-IBحرارت داده شدند نمونه با سرعت تقریبی1KS-200 تا دمای اتاق تحت فشار مربوطه سرد شده اند. میکروسکوپ نوری و روبشی وعبوری برای نمایش ریز ساختار و آنالیز پراش اشعه xبرای حصول فازهای تشکیل دهنده در این آلیاژها مورد استفاده قرار گرفتند.
نتایج آزمایش و بحث :
شکل(1) نتایج پراش اشعهx Ge 60%- Alکه تحت فشارGPa5 منجمد شده را نشان میدهد.مشاهده شده است که وقتی این آلیاژ تحت
فشار بالا منجمد میشود فاز هایی ازAl(α)وGe(β) بصورت محلول جامد وبدون هیچ فاز دیگری مشاهده میشوند.
کاهش اندکی در پارامتر شبکه کریستالی فاز ازnm 5662/.تاnm 5428/.از تغییر فشار طبیعی تا فشار بالای GPa5 بدست میآید.شکل (2) ریز ساختار از آلیاژ یوتکتیک Ge53%-Al که تحت فشارهای مختلف منجمد شده را نشان میدهد. ساختار نمونه در آلیاژ یوتکتیکی منجمد شده تحت فشار طبیعی مشتمل بر فازهای لایه ای)β+α) و دو فاز Al(α)وGe(β) که رشد های زوجی دارند در شکل (a)2 مشاهده میشود .همچنین از شکل (2) فهمیده میشود که ساختار یوتکتبکیبا افزایش فشار بصورت مشخصی بهسازی شده است. در یک رنج مشخص فشار میتواند ضریب نفوذ را کاهش داده و سرعت نفوذ را پایین آورد ومسافت کوتاه عناصر در فاز مایع این آلیاژ میتواند ساختار یوتکتیکی را بطور مشخصی بهسازی کند.در زمان مشابهی مشاهده شده است که شاخه های فرعی ساختار یوتکتیکی تمایل به نا پدید شدن دارند شاید به این دلیل که مادون انجماد در نوک منطقه دندریتی کاهش پیدا میکند و در نتیجه رشد نوک (دماغه) افزایش می یابد. شکل (3)ریز ساختار آلیاژ هیپر یوتکتیکwt Ge70 % Al-که در تحت فشارهای مختلف منجمد شده اندرا نشان میدهند. در شکل(a)3فهمیده میشود که فاز اولیه هیپر یوتکتیک βمیباشد. که در الیاژهای تحت فشارهای بالای GPa5 منجمد میشوند.همانطور که در شکل (3)bفاز اولیه αدر آلیاژهای منجمدشده تحت فشار بالای GPa6 مشاهده میشود. از رابطه کلاسیوس- کلاپیرون در معادله(1) فهمیده میشود که نقطه ذوب آلومینیوم تاOC 4/6وقتی که فشار بالای Mpa100 میرود افزایش می یابد.(6)
که در این معادله p فشار- dT تغییرات نقطه ذوب-Tm نقطه ذوب -1V حجم جامد –2Vحجم مایع وΔHmگرما ی نهان ذوب میباشند. بدلیل اینکه حجم آلومینیوم خالص و ژرمانیم خالص در تماس با هم وقتیکه تحت فشارهای بالا ذوب میشوند منبسط میگردد. از معادله (1) حاصل میشود که نقطه ذوب Alخالص تا 1304کلوین بالا میرود و نقطه ذوب Geخالص از 1210به 1015کلوین تحت فشار GPa5
وتا 988کلوین تحت فشار GPa6 کاهش می یابد.
وتا 988کلوین تحت فشار GPa6 کاهش می یابد.
بنابراین نتیجه میشود که تحت فشارGPa6 نقطه ذوب برای فاز(β)Ge پایین تر از فاز(α)Al میباشد.
بر طبق تحقیقات کاگایا و همکارانش (3) تاثیر فشار روی دیاگرام فازی Al-Ge با قانون ذوب Lindman قابل بررسی است.با افزایش فشار حلالیت Ge در Al افزایش می یابد اما دمای یوتکتیک تغییر زیادی نمی کند بنا بر ایننقطه یوتکتیک در جهت Ge در دیاگرام فازی Al-Ge حرکت میکند و دیاگرام فازی تقریبی شکل 4 حاصل میشود.شکل 5 مورفولوژی یوتکتیک آلیاژGe53% Al- که تحت قشار بالا منجمد شده را نشان میدهد از این شکل فهمیده میشود که گوشه ها و لبه های Ge گرد و روان میشوند وقتیکه تحت فشار بالا منجمد میشوند . این مساله نشان میدهد که شکل رشد Ge به تدریج از واضح به سمت غیر واضح تحت فشار بالا تغییر میکند . بنابراین انجماد آلیاژهای یوتکتیک و هیپر یوتکتیک Al-Ge تحت فشارهای بالا شاخه های فرعی لایه های یوتکتیک را از بین می برد وریز ساختار بهسازی شده ای از یوتکتیک و بنا براین با این تکنیک کامپوزیتیاز یوتکتیک لایه ای فلز –نیمه هادی قابل حصول است .
نتیجه گیری :
انجماد آلیاژهای یوتکتیک و هیپر یوتکتیک Al-Ge تحت فشارهای مختلف انجام گرفت ونتایجی حاصل شد . فاز جدید دیگری وقتیکه آلیاژ Al-Ge تحت فشار بالای 4 تا 6 منجمد میشود دیده نشد با افزایش فشار ریز ساختار یوتکتیکی با شاخه های فرعی خشن به تدریج نا پدید شده و ریز ساختار یوتکتیکیبه طور مشخصی بهسازی شد . نقطه یوتکتیک با افزایش فشار به تدریج به سمت Ge حرکت میکند ونقشه ای از دیاگرام آلیاژ Al-Ge تحت فشارهای مختلف را مطرح میکند .
نتیجه گیری :
انجماد آلیاژهای یوتکتیک و هیپر یوتکتیک Al-Ge تحت فشارهای مختلف انجام گرفت ونتایجی حاصل شد . فاز جدید دیگری وقتیکه آلیاژ Al-Ge تحت فشار بالای 4 تا 6 منجمد میشود دیده نشد با افزایش فشار ریز ساختار یوتکتیکی با شاخه های فرعی خشن به تدریج نا پدید شده و ریز ساختار یوتکتیکیبه طور مشخصی بهسازی شد . نقطه یوتکتیک با افزایش فشار به تدریج به سمت Ge حرکت میکند ونقشه ای از دیاگرام آلیاژ Al-Ge تحت فشارهای مختلف را مطرح میکند .