منصة الرسائل والاطاريح: دراسة تحضير وتحسين الخواص الميكانيكية للمادة المركبة ذات الأساس شبه المعدني ( NiAl-Al2O3 )

الخلاصة

لغرض مواكبة التطور الحاصل للصناعات التكنولوجية المتقدمة وتحديداً في ما يخص مجال الفضاء ، والحاجة المتزايدة إلى ظهور مواد جديدة ذات كفاءة عالية في التطبيقات التي تعمل في أوساط درجات الحرارة العالية والأوساط القاسية كبدائل عن السبائك الفائقة ذات الأساس نيكل وكوبالت ( Ni, Co – Superalloys ) ، برزت الحاجة إلى إجراء مثل هذا البحث. في الدراسة الحالية تم تحضير المادة المركبة ذات الأساس من ألومينايد النيكل NiAl والمقواة بدقائق أوكسيد الألمنيوم Al2O3 بواسطة تقنية التلبيد عند درجة حرارة 1350°C لمدة ساعة ونصف تحت جو من غاز الآركون. لقد تم تحضير المركب شبه المعدني NiAl بواسطة التلبيد التفاعلي لمسحوقي السبك الرئيسيين النيكل والألمنيوم عند حرارة 600°C لمدة 12 ساعة تحت جو من غار الآركون. إن كلاً من ألومينايد النيكل NiAl وأوكسيد الألمنيوم Al2O3 تعدان مادتان هشتان عند درجة حرارة الغرفة ، مع أنهما يمتلكان درجات انصهار عالية تستخدم في التطبيقات التي تتطلب مقاومة لدرجات حرارة عالية. إن مطيلية المركب NiAl بالإمكان تحسينها عن طريق إضافة البورون والكروم. لذا فقد تم في هذه الدراسة إضافة ثلاث نسب وزنية من كل عنصر على حدة وإضافة نسب وزنية من العنصرين ( البورون والكروم ) معاً إلى المركب NiAl. إن العلاقات ما بين البنية المجهرية والخواص الميكانيكية للمادة المركبة ( NiAl-Al2O3 ) عند درجة حرارة الغرفة تم بحثها في هذه الدراسة ، حيث تبدي خواص ميكانيكية أفضل من المركب NiAl لوحده. إن النمو الحبيبي لطوري NiAl و Al2O3 قد أعيق وقيد عن طريق تأثير كل طور على الآخر ، ومن ثم فأن زيادة مقاومة ومتانة المادة المركبة ( NiAl-Al2O3 ) يعزى بصورة جزئية إلى تنعيم البنية المجهرية. إن قوة الربط بين دقائق ألومينايد النيكل NiAl والألومينا ضعيفة. إن مقاومة ومتانة المركب NiAl تزداد وتتعزز عن طريق إضافة البورون والكروم إلى ألومينايد النيكل NiAl. كذلك شدة الترابط ما بين المركب NiAl والألومينا تزداد بإضافة البورون والكروم إلى المركب NiAl. فإضافة ( 10 wt% Al2O3 ) إلى ألومينايد النيكل NiAl أدت إلى الحصول على أقصى انفعال انضغاط للمادة المركبة ( 90NiAl-10Al2O3 ) مقداره ( 11.93 % ). بينما أدت إضافة البورون إلى حدوث زيادة كبيرة جداً في مطيلية NiAl ، حيث تم الحصول على أقصى انفعال انضغاط ( 33.9 % ) للمادة المركبة ذات الأساس من هـذا المركب والمحتوية على ( 0.5 wt% B ) و ( 10 wt% Al2O3 ). كذلك بالنسبة للكروم فإضافته أدت إلى حدوث زيادة كبيرة في مطيلية المركب NiAl ولكن بنسبة أقل ، حيث تم الحصول على أقصى انفعال انضغاط ( 29.15 % ) للمادة المركبة ذات الأساس من هـــذا المركب والمحتوية على ( 4.5 wt% Cr ) و ( 10 wt% Al2O3 ). أما بالنسبة لمقاومة الانضغاط فقد أدت إضافة الكروم إلى حدوث زيادة كبيرة جداً في مقاومة انضغاط المركب شبه المعدني NiAl ، حيث تم الحصول على أقصى مقاومــــة انضغاط ( 485.6 MPa ) للمادة المركبة ذات الأســـاس من هــــذا المركب و المحتوية علــى ( 4.5 wt% Cr ) و ( 40 wt% Al2O3 ) مقارنة مع تلك التي تم الحصول عليها للمادة المركبة ( 60NiAl-40Al2O3 ) والتي مقدارها ( 382.2 MPa ). كذلك أدت إضافة البورون إلى حدوث زيادة في مقاومة انضغاط المركب NiAl ، حيث تم الحصول على أقصى مقاومــــة انضغاط ( 479.21 MPa ) للمادة المركبة ذات الأســـاس من هــــذا المركب و المحتوية علــى ( 0.5 wt% B ) و ( 40 wt% Al2O3 ) أما المادة المركبة ( NiAl-Al2O3 ) المحتوية على البورون والكروم معاً ، فقد بينت النتائج أن خواصها تتوسط بين خواص المادة المركبة ( NiAl-Al2O3 ) من دون أية إضافات وخواص المادة المركبة ( NiAl-Al2O3 ) المحتويـــة علــى البورون والكروم كلاً علــى حــدة. فإضــافة ( 0.1 wt% B, 3.5 wt% Cr ) أدت إلى الحصول على أقصى مقاومــــة انضغــاط ( 428.81 MPa ) للمادة المركبة ( 60NiAl-40Al2O3 ) وكذلك الحصول على أقصى انفعال انضغاط ( 12.43 % ) للمادة المركبة ( 90NiAl-10Al2O3 ).