عنوان پایان‌نامه
سنتز و مشخصه یابی نانو کامپوزیت Cu-Fe/CNT به روش آلیاژ سازی مکانیکی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: TN 1119;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 64204
- تاریخ دفاع
- ۳۱ خرداد ۱۳۹۳
- دانشجو
- مهسا برزگرویشلقی
- استاد راهنما
- ابوالقاسم عطائی
- چکیده
- در این تحقیق به سنتز نانوکامپوزیت Cu-Fe/CNTs به روش آلیاژسازی مکانیکی پرداخته شده است. بدین منظور ابتدا حداکثر میزان حلالیت غیر تعادلی آهن در مس در شرایط بهینه آسیاکاری بررسی شد. سپس 2، 5، 10 و 20 درصد وزنی نانولوله های کربنی با پودر مس و آهن به مدت 15 ساعت آسیاکاری شده و پودرهای کامپوزیتی Cu-Fe/CNTs سنتز شد. همچنین برای بررسی تاثیر زمان افزودن نانولوله ها بر ریزساختار و ترکیب فازی، 10 درصد وزنی نانولوله کربنی در 5 ساعت آخر آسیاکاری به مخلوط پودری مس و آهن افزوده شد. تغییرات فازی و ترکیب شیمیایی، ریزساختار، خواص مغناطیسی و الکتریکی پودرهای آلیاژی و کامپوزیتی به ترتیب به کمک آنالیز XRD، EDS،SEM ، FESEM،VSM و Four-point probe مورد بررسی قرار گرفت. سپس با پرس کاری و تف جوشی نمونه های پودری در دمای C°700، بالک محصول نهایی تهیه و خواص مکانیکی نمونه ها ارزیابی شد. محلول جامد همگن فوق اشباع Cu-20wt.%Fe پس از 15ساعت آسیاکاری با متوسط اندازه کریستالیت 19 نانومتر و متوسط اندازه ذرات 25 نانومتر بدست آمد. نتایج آنالیز XRD نشان داد که حضور نانولوله های کربنی از ابتدای آسیاکاری از گسترش حد حلالیت آهن در مس ممانعت کرده و با افزایش درصد نانولوله ها، میزان آهن حل نشده افزایش یافته است. بررسی مورفولوژی نمونه ها نشان داد که تمام پودرهای کامپوزیتی از ذرات نانومتری آگلومره شده تشکیل شده اند و توزیع CNTs در زمینه و احاطه آن ها توسط ذرات پودر زمانی که CNTs از ابتدای آسیاکاری به مخلوط پودری افزوده شد بهتر بوده است. بررسی خواص مغناطیسی پودرها نشان داد که افزایش نانولوله های کربنی سبب افزایش نیروی پسماندزدا و مغناطش اشباع کامپوزیت ها شده و خواص مغناطیسی را از نرم به سخت تغییر داده است. بر اساس نتایج اندازه گیری مقاومت الکتریکی نمونه های پودری پرس شده، مشخص شد که مقاومت الکتریکی محلول جامد Cu80Fe20 کمتر از .cm? 001/0 بوده که با افزودن CNTs افزایش یافته است. اندازه گیری میکروسختی نمونه های بالک نشان داد بیشترین میزان میکروسختی نمونه های کامپوزیتی، برابر 193 ویکرز برای نمونه حاوی 2 درصد وزنی CNTs بدست آمده که ناشی از توزیع یکنواخت نانولوله ها و رسوبات آهن در زمینه است. کلید واژه‌ها: نانوکامپوزیت، آلیاژسازی مکانیکی، نانولوله کربنی، Cu-Fe، محلول جامد فوق اشباع
- Abstract
- In this research, Cu-Fe/CNTs nanocomposites were synthesized via mechanical alloying route and the effects of CNT addition on solid solubility of Fe in Cu, morphology, magnetic, and electrical properties of the products were evaluated using X-ray diffraction, field emission scanning electron microscopy, vibrating sample magnetometer, and four point probe technique, respectively. Then powders were consolidated by conventional pressing and sintering at 700°C and mechanical properties of samples were evaluated. It was found that solid solubility of Fe in Cu increased to 20wt. % in Cu-Fe sample milled for 15 h. Average crystallite size and mean particle size of the solid solution powder was 19 nm and 25 nm, respectively. It was shown that CNTs impeded the solid solubility extension in Cu80Fe20/CNTs nano-composites and the amount of non-dissolved Fe increased by increasing CNT content. Furthermore, addition of 10 wt. % CNT at the last 5 h of milling to Cu80Fe20 solid solution also resulted in expultion of Fe atoms from Cu lattice. CNTs were distributed evenly in metal matrix after 15 h mechanical alloying and final products were agglomerates consisting of nano-particles. Dispertion and implantation of CNTs in matrix was much better, uniformity of particles size and granularity of their shape was more when CNTs were added to the alloying system at the start of milling. Analysis of magnetic hysteresis loops showed soft ferromagnetic behavior for Cu80Fe20 solid solution. Magnetic properties of nano-composite samples were altered as a function of CNT addition. Saturation magnetization and coercivity of composite samples increased with increasing CNT content probably due to the presence of non-dissolved Fe in nano-composites and exchange coupling phenomenon, respectively. Electrical resistivity of nano-composites also increased with increasing CNT concentration up to 10 wt. %, but it incrased when CNT content was 20 wt. %. Maximum microhardness of sintered samples was achieved for Cu80Fe20/2CNT about 193 HV, due to Fe precipitation and well dispertion and implantation of CNTs after 15 h milling in this sample. Keywords: Nano-composite, Mechanical alloying, Carbon nano-tube, Cu-Fe, Solid Solution
