مهندسی مواد

[Sara12]

شته مهندسی مواد دارای سه گرايش بوده که اختلافهای اساسی با هم دارن:
1- مهندسی مواد و متالورژی صنعتی
2- مهندسی مواد و متالورژی استخراجی
3- مهندسی مواد و سراميک
تقريباً هر سه گرايش از علوم نو و جديد دنيا هستن که هنوز خيلی جا برای فعاليت و پيشرفت داره. مواردی مانند نانو تکنولوژی، فرو آلياژ ها، ميکرو آلياژها، ******** آلياژها و مواد بسيار استراتژيک کامپوزيت ها و سراميک ها همه از تخصص های اين رشته می باشد

[Sara12]

از زمانی که انسان فلز را شناخت، متالورژی را به عنوان یک هنر فرا گرفت. صنعت متالورژی از دیر باز در جهان به عنوان یک صنعت مادر شناخته شده و با پیشرفتهای روز افزون تکنولوژی نقش آن اشکار می‌گردد. تحقیقات باستان‌شناسی نشان می‌دهند که اولین اقوامی که موفق به کشف و استفاده از آن شدند، ساکنان فلات ایران بودند.
تاریخچه

دوره فلزات بعد از عصر حجر و از حدود ۶ تا ۷ هزار سال قبل از هجرت آغاز شده‌است. شاید مس اولین فلزی است که بطور خالص و طبیعی و جدا از مواد معدنی مورد استفاده بشر قرار گرفته‌است. انواع سنگهای مس از ظاهری فلزی با رنگهای مختلف مانند نیلی، لاجوردی، سبز، طلایی و سرخ برخوردار هستند. این امر می‌تواند یکی از عوامل توجه بشر اولیه به ترکیبات حاوی مس باشد.
برخی معتقدند که گویا اولین بار ذرات طلا که در کنار ماسه‌های کنار رودخانه‌ها پراکنده بودند، توسط بشر شناسایی شدند. مصریان و شاید هندیان بیشتر از سایر ملل در استخراج طلا از سنگهای آن توفیق داشتند، اما در ایران از دوره هخامنشی، آثار متعددی از طلا و نقره خصوصا در کنار رود جیحون و در شهر همدان کشف شده‌است. با گذشت زمان فلزات دیگری مانند نقره، سرب، آنتیموان و قلع نیز کشف شدند و بشر توانست با استفاده از آتش، ذوب فلزات را تجربه نموده و آلیاژهای مختلف را بدست آورد. به عنوان مثال، از مخلوط کردن قلع و مس، مفرغ بدست آمد و به این ترتیب عصر مفرغ شروع شد.
در عصر حاضر می‌توان متالورژی را مادر صنعت دانست. در دنیایی صنعتی امروز بی شک اگر آلیاژهای خاص و کاربر با کمک علم متالورژی به وجود نمی‌آمد هم اکنون ما شاهد خیلی از پیشرفت‌های بشر نبودیم!
گرایش‌ها

متالورژی صنعتی (متالورژی فیزیکی)
متالورژی استخراجی
روشهای تولید مصنوعات فلزی

ریخته‌گری
متالورژی پودر
شکل‌دهی فلزات
جوشکاری
ماشین‌کاری
جستارهای وابسته

متالورژی فیزیکی
آلیاژ
آهنگری
اکستروژن
جوشکاری ذوبی
جوشکاری زرد
جوشکاری فشاری
ذوب
شکل‌دهی الکترومغناطیسی
شکل‌دهی الکتروهیدرولیکی
لحیم کاری
مواد معدنی
نوردکاری

[Sara12]

علم و مهندسی مواد به بررسی انواع ماده ها، ساختار آنها، خواص و کابردشان می پردازد. در علم مواد، ماده ها به طور جامع به سه بخش اصلی تقسیم بندی می شوند که عبارت اند از: فلزات، سرامیک ها و پلیمر ها.
این دانش کمابیش در تمامی علوم مهندسی کاربرد دارد.

گرایش‌های اصلی

سرامیک
شکل‌دهی فلزات
ریخته‌گری
جوشکاری
استخراج فلزات
نانو مواد
بیو متریال
حفاظت و خوردگی
مهندسی سطح
شناسایی و انتخاب مواد
جستارهای وابسته

نانوتکنولوژی
خواص مواد
ساختار مواد
عملیات حرارتی
متالورژی پودر

[Sara12]

اصول کار کوره (متالورژی استخراجی):
در فرايند استخراج , تصفيه و ذوب مجدد , معمولاً راههائي وجود دارد كه بسته به نوع كار طراحي مي شوند و در اين كوره ها عمل ذوب انجام مي شود . در اين جهت مي توان از كوره بلند (كوره اي كه در آن اكسيد آهن تبديل به چدن مي شود) , كنورتور كه در آن چدن با دمش اكسيژن خالص به فولاد تبديل مي شود . و كوره هاي ديگر بعنوان كوره هاي ذوب Melting ناميده مي شود , در اين درس بحث ما در روي كوره هائي كه براي استخراج فلزات استفاده مي شود دور نمي زند مثل كوره هاي استخراج آهن در اصفهان , استخراج مس در سرچشمه كرمان , استخراج سرب و روي در زنجان .
در اين درس كوره هائي كه مورد بررسي قرار مي گيرند بيشتر كوره هاي مربوط به صنعت ريخته گري هستند . يعني كوره هائي كه شوشه ها Pigs در آنها ذوب مي شود و با تنظيم آناليز آنها مذاب براي ريخته گري قطعات آماده مي شود .
اصطلاحاً به اين كوره ها , كوره هاي دوباره ذوب (Re-Melting Furnaces) مي گويند , كوره هائي كه در ريخته گري براي ذوب مجدد فلزات و آلياژها استفاده مي شوند به ترتيب مي توانيم به شرح زير نام ببريم :
1) كوره هاي بوته اي Crucible Furnaces
2) كوره هاي تشعشعي Radiation or Reverberatory Furnaces
3) كوره هاي ايستاده (كوپل) Vatical Shaft (Cuple) Furnaces
4) كوره هاي برقي Electric Furnaces
5) كوره هاي با شعاع الكتروني Electron Furnaces
6) كوره هاي ديگر (استفاده از انرژيهاي ديگر)
1)كوره هاي بوته اي :
همانطو كه از نام آنها پيداست براي عمل ذوب از بوته استفاده مي شود . انتقال حرارت در اين كوره ها بيشتر از طريق هدايت به مواد موجود در داخل بوته مي رود .
حرارت به سه طريق منتقل مي شود : 1- هدايت. 2- جابجائي. 3- تشعشعي
جنس بوته ها :
جنس بوته ها كه استفاده مي كنند به شرح زير است . بوته هاي آهن خالص- بوته هاي فولادي- بوته هاي چدني- بو ته هاي شاموتي- بوته هاي گرافيتي- بوته هاي سيليكون كاربايدي- بوته هاي ديگر
آهن خالص براي فلزاتي كه نقطه ذوب كمتري نسبت به آهن دارند و خوردگي كمتري دارند- از بوته هاي آهني براي ذوب موادي كه نقطه ذوب آنها پائين تر از نقطه ذوب آهن خالص است (1539-1536درجه سانتيگراد) است . منيزيم را مجبوريم در داخل اين بوته ذوب كنيم چون با بهترين آجر نسوز نمي توان منيزيم را ذوب كرد و دليلش ميل تركيبي منيزيم با اكسيژن است كه اكسيژن نسوز را مي كشد و نسوز متخلخل مي شود-
آهن خالص تجاري:
چون آهن بصورت خيلي خالص بندرت يافت مي شود , بيشتر از اين آهن استفاده مي شود و خلوصش 8/99% است و ناخالصي اش 2/0-1/0% مي باشد. آهن خالص تجاري را در دنيا برخي از شركتها توليد مي كنند . از جمله شركت آرمكو و وستينگ هاوس در آمريكا توليد مي كنند كه براي ذوب آلياژهاي با نقطه ذوب كم مثل روي , منيزيم , سرب و ... از اين ورقها بوته درست كرده (بوته يكپارچه) استفاده مي كنند (بوته را جوش نمي زنند بلكه با آهنگري درست مي كنند بلكه پرس و گرم كاري)- از بوته هاي چدني براي ذوب آلياژهاي روي , آلومينيوم و ساير آلياژها با نقطه ذوب پائين استفاده مي كنند بشرطيكه مشكل آهن در آن آلياژها وجود نداشته باشد . تجربه نشان مي دهد مذاب Al و Zn , آهن را در خود حل مي كند چون چدن داراي انتقال حرارت خوب است (بدليل گرافيتهاي لايه اي) و ارزان ريخته گري مي شود . در ايران بيشتر از بوته هاي چدني استفاده مي شود .
بوته هاي فولادي :
از بوته هاي فولادي براي ذوب آلياژها با نقطه ذوب كم و آلياژهائي كه ميل تركيبي زيادي نسبت به اكسيژن دارد مثل آلياژهاي منيزيم كه علاقه دارند اكسيژن مواد نسوز را بگيرند , استفاده مي كنند . فولادهاي معمولي خوردگي بيشتري دارند و مذاب آلياژهاي مختلف در آن تدريجاً آن را مي خورند (يعني بدنه را در خود حل مي كنند).
بوته از جنس مواد نسوز دوام بيشتري در برابر پوسته پوسته شدن يعني اكسيد شدن دارد . آناليز يك نوع فولاد نسوز عبارتست از 25% كرم و 20% نيكل و بقيه عناصر جزئي ديگر , از آلياژهاي ديگر نيز كه قيمت آنها گران است بعنوان بوته مي توان استفاده كرد , از جمله آلياژ 50% كرم و 50% نيكل يا آلياژ 50% كرم و 50% نيكل و كمي نيوبيوم Nb (كه دوام و مقاومت خوبي دارد) .
بوته هاي گرافيتي :
همانطور كه از نام اين بوته ها پيداست , جنس اين بوته ها از گرافيت مي باشد . (مي دانيم كه كربن در طبيعت به سه صورت ديده مي شود : 1) كربن بي شكل : اين كربن شكل بلوري ندارد و به آن كربن آمولف نيز مي گويند . اين كربن در اثر حرارت در مجاورت اكسيژن , مي سوزد و خاكستر از آن باقي مي ماند. 2) كربن بصورت گرافيت : اين نوع كربن بصورت بلوري (كريستالي) مي باشد و بلوري آن طوري است كه داراي صفحات لغزش است و اين صفحات مي توانند روي هم براحتي بلغزند . بهترين آنها گرافيت چرب نقره اي است . اين گرافيت ماده نسوز است و نقطه ذوبي در حدود بيش از 3000 درجه سانتيگراد دارد گرافيت راسب (رسوب يافته) شده در حين انجماد در چدنهاي خاكستري از اين نوع است كه از مذاب جدا شده . 3) كربن بصورت الماس : بلور اين نوع كربن بصورت يك هشت وجهي است ولي رنگي و شفاف است و با سختي 10 موهس سخت ترين ماده در طبيعت مي باشد .
بوته هاي گرافيتي بدليل اينكه نقطه ذوب بالا داشته و گرافيت نيز علاوه بر نسوز بودن از انتقال حرارت زيادي نيز برخوردار است هدايت خوبي داشته و حرارت را از جداره خود به داخل بوته هدايت مي كند .
طرز ساخت بوته هاي گرافيتي :
به اين شكل است كه گرافيت را همراه با كمي قير و مواد چسبي آغشته كرده و با فشار زياد پرس مي كنند سپس آن را در مدت زمان طولاني در محيط بسته اي دور از هوا مي پزند (دما در حدود 1600 درجه سانتيگراد) تا عمل تف جوشي (زينتر) روي آن انجام شود و به آرامي در كوره سرد مي شود .
بوته هاي سيليكون كاربايد :
اين نوع بوته ها از استحكام بيشتري برخوردارند و خود ماده سيليكون كاربايد در اثر حرارت , كمي منقبض و منبسط مي شود . يكي از بهترين موادي است كه به شك حرارتي مقاوم است . براي ذوب چدن بيشتر از بوته هاي سيليكون كاربايدي استفاده مي شود چون چدن آلياژيست از آهن- كربن- سيلسيم , پس كمتر علاقه دارد جداره را بخورد .
بوته هاي شاموتي :
اين بوته ها از خاك رس نسوز ساخته مي شود . از ريختن رس نسوز در اثر حرارت اصطلاحاً شاموت به دست مي آيد . البته درجه نسوز بوته هاي شاموتي بستگي به درجه خلوص شاموت دارد . بهترين ماده شاموت آن است كه پس از پخت , مقدار فازهاي موليت در حداكثر خود قرار گيرد (1800 0C . 3Al2O3 . 2SiO2).
موليت نسوزي است كه تا دماي 1800 0C مي تواند دوام بياورد , در ضمن از نظر مقاومت مكانيكي در دماي بالا نيز خوب است . در بوته هاي شاموتي آلياژهاي غير آهني و بندرت چدن ذوب مي شود . معمولاً دوام بوته هاي شاموتي تا دماي 1650 0C است .
انواع كوره هاي بوته اي : Crucible Furnaces
الف) كوره بوته اي چرخان) 1- چرخان حول تقريباً كمي بالاتر از مركز ثقل – 2- چرخان حول محور ناوداني كوره ب) كوره بوتهاي ثابت (زميني) ) 1- با سوخت جامد - اين نوع كوره ها دو نوعند,يكي كوره سنتي است كه از سوخت جامد زغال سنگ يا كك براي عمل ذوب استفاده مي كردند.اين نوع كوره نياز به برق نداشت و با هواي طبيعي كه از زير كوره از لابه لاي ميله هاي كف به داخل كشيده مي شد زغال سنگ يا ككها را مشتعل مي ساخت . براي ذوب فلزات مخصوصاً چدن بوته را در داخل ككها دفن مي كردند تا هم از بالا و هم از بغل ها و هم از زير حرارت به فلز برسد و ذوب خوب و كامل انجام شود. (براي ذوب چدن در اين كوره ها اول بايد ككها را الك كرد يعني ككها را دسته بندي كرد از درشت به ريز و پودر,كك درشت در زير و بعد بوته و بعد شارژ و چند كك گنده در داخل بوته و كك متوسط در اطراف و ريزها را در اطراف مي ريزيم و بقيه را در بالا مي گذاريم.
2- با سوخت مايع – نقشه اين كوره در شكل آمده است كه براي ذوب 100-150 كيلوگرم چدن مي باشد, سوخت اين كوره ها از گازوئيل با ارزش حرارتي 9300 كيلو كالري بر ليتر درجه سانتيگراد يا مازوت با ارزش حرارتي 1100 كيلو كالري بر ليتر درجه سانتيگراد است و مي توان با استفاده از بوته هاي گرافيتي در آن چدن ذوب كرد. مشعل آن از نوع فارسونگاهي(يك نوع مشعل ساده صنعتي كه از طريق يك لوله رابط به يك ونتيلاتور(دمنده هوا) وصل شده است).نوع ونتيلاتور يا دمنده هوا بستگي به ظرفيت كوره انتخاب مي شود , معمولاً دمنده هائي كه پس از ساخت بالانس شده اند را در اين كوره ها قرار مي دهند (در تهران ,مظفريان و در تبريز,كارخانه متحد) بدنه كوره از اسكلت فلزي است , از تكه لوله هاي 40 اينچي يا بالاتر از آن به ارتفاع 130 سانتيمتر و اگر نبود از ورق 6 mm به بالا رول كرده و به هم جوش مي زنيم .قطر داخلي 100 و ارتفاع 130- 110 cm پس 100*14/3=314 cm قطر داخلي بدنه مي باشد كه از جوش زدن ورق گسترده بدست مي آيد. و در كف بدنه رول شده رينگ مي زنيم و ميله هاي در جاي خالي رينگ جوش مي دهيم رويش آجر نسوز با كمي شيب قرار مي دهيم تا سرباره ها بيرون رود , بعد كف بوته قرار داده مي زنيم كه كف بوته مي تواند بوته شكسته باشد و سپس از پائين به بالا نسوز كاري مي كنيم كه نسوز جداره 20- 15 cm است. فارسونگاه را طوري مي گذاريم كه بصورت مماس به كف بوته بخورد تا شعله دور بزند.


از كوره هاي تشعشعي ثابت براي ذوب آلياژهاي غير آهني مخصوصاً آلومينيوم استفاده مي كنند , در اين كوره ها شعله مستقيماً به مذاب نمي خورد , زيرا اگر مستقيماً به مذاب بخورد موجب اكسيده كردن آن مي شود.
كوره هاي تشعشعي نيمه چرخان :
از اين كوره ها نيز براي ذوب آلياژهاي غير آهني استفاده مي كنند و موقع تخليه مذاب , كوره چرخانده مي شود يا در هنگام شارژ كوره چرخانده شده و شارژ را تحويل مي گيرد.
در اين كوره ها نيز سعي مي شود شعله به ديواره ها برخورد كرده و برخورد مستقيم با مذاب نداشته باشد.
كوره هاي دوار :
كوره هاي دوار كه براي ذوب چدن در سال 1930 در آلمان ساخته شد ولي در حال حاضر در دنيا بيشتر انگليسي ها از آن استفاده مي كنند . يك شركت در انگلستان به نام Manometer سازنده اين نوع كوره ها است.
Rotary Furnace كه با ظرفيت هاي 250Kg تا 70 تن مذاب چدن و تا 12 تن مذاب آلومينيوم مي سازد . سوخت اين نوع كوره ها گاز , گازوئيل و مازوت است . كوره هائي با ظرفيت كمتر با دست و كوره هاي با ظرفيت بيشتر به كمك جراثقيل شارژ مي شوند. كوره روي جكهاي مربوطه به اندازه 45 درجه بلند مي شود و بعد از شارژ دوباره به جاي خودش بر مي گردد.
جداره نسوز اين كوره ها براي ذوب چدن , خاك نسوز سيليسي و براي ذوب آلياژهاي آلومينيوم خاك نسوز آلومينائي است .
ساختمان اين كوره ها : اين كوره ها شامل يك اسكلت فلزي كه به شكل يك استوانه متصل به دو مخروط ناقص است و توسط فلنچ روي استوانه و مخروط ها به يكديگر متصل مي شود .
به طرف دهانه بزرگ مخروط ها و هر دو طرف استوانه فلنچ نصب شده و روي استوانه دو غلطك وصل مي شود. غلطكهاي محرك , كوره را با سرعت يك دور در دقيقه مي چرخانند 1 r.p.m و در ايران با سرعت تقريباً 2 r.p.m درست مي شود .
در كشور كوره هاي دوار توسط بعضي از افراد ساخته مي شود , يكي از سازندگان خوب اين كوره ها حاج صادق مهامي در تهران (ايران ذوب) كه كوره هائي با ظرفيت 250- 350- 500 Kg و 1 تن را مي سازد .
اولين كوره كه در ايران در تسليهات ارتش تهران توسط مهندس پسيان و مهندس گرنسر آلماني ساخته شد و شروع به ذوب چدن نمود . در ايران ظرفيت 500 Kg در ريخته گريهاي چدن زياد استفاده مي شود , زيرا خاك نسوز داخل آن خاك سيليسي بودهو قابل تهيه در داخل كشور است . چون بوته هاي گرافيتي گران است , بيشتر از اين كوره ها در ايران استفاده مي شود. در يك طرف مخروط ناقص مشعل و در طرف ديگر دودكش است , در بعضي از طرح كوره ها دود از سقف كارگاه با كانالي خارج مي شود و در تعدادي از آنها نيز دود توسط كانالهائي به زيرزمين كارگاه كشيده شده و از گرماي آن براي پيش گرم كردن هواي ورودي استفاده مي كنند .
تجربه نشان مي دهد كه به راحتي مي توان با استفاده از گرماي دود , هواي ورودي را حدود 250- 350 درجه سانتيگراد گرم كرد. اين عمل باعث مي شود راندمان حرارتي كوره بالا رفته و حدود 50 درجه سانتيگراد مذاب داغتر بيرون بيايد. (مي توانيم ونتيلاتور را از دودكش كوره به طرف دهانه منتقل داد.)
طرز بهره برداري از كوره : ابتدا كوره را روشن مي كنند و كوره را به دوران در مي آورند تا كاملاً بطور يكنواخت مواد نسوز داخل كوره حرارت ديده و گرم شود و تا آن مدتي روشن مي كنيم كه نسوزهاي داخل كوره از حرارت اشباع شود.

[Sara12]

سرامیک

http://forum.patoghu.com/images/poti/2009/01/7216.jpg

رس قرمز پخت شده



به مواد (معمولاً جامد)ی که بخش عمدهٔ تشکیل دهندهٔ آنها غیرفلزی و غیرآلی باشد، سرامیک گفته می‌شود.
این تعریف نه‌تنها سفالینه‌ها، پرسلان(چینی)، دیرگدازها،محصولات رسی سازه‌ای، ساینده‌ها، سیمان و شیشه را در بر می‌گیرد، بلکه شامل آهنرباهای سرامیکی، لعاب‌ها، فروالکتریک‌ها، شیشه-سرامیک‌ها، سوخت‌های هسته‌ای و ... نیز می‌شود.

//
تاریخچه

برخی‌ها آغاز استفاده و ساخت سرامیک‌ها را در حدود ۷۰۰۰ سال ق.م. می‌دانند در حالی که برخی دیگر قدمت آن را تا ۱۵۰۰۰ سال ق.م نیز دانسته‌اند. ولی در کل اکثریت تاریخنگاران بر ۱۰۰۰۰ سال ق.م اتفاق نظر دارند. (بدیهی است که این تاریخ مربوط به سرامیک‌های سنتی است.)
واژهٔ سرامیک از واژهٔ یونانی کراموس گرفته شده‌است که به معنی سفال یا شیء پخته‌شده‌است.

طبقه‌بندی سرامیک‌ها

سرامیک‌ها از لحاظ ساختار شیمیایی به شکل زیر طبقه‌بندی می‌شوند:
سرامیک‌های سنتی(سیلیکاتی)
سرامیک‌های مدرن(مهندسی)
اکسیدی
غیر اکسیدی
سرامیک‌های اکسیدی را از لحاظ ساختار فیزیکی می‌توان به شکل زیر طبقه‌بندی کرد:
سرامیک‌های مدرن مونولیتیک (یکپارچه)
سرامیک‌های مدرن کامپوزیتی


انواع سرامیک‌ها


سرامیک‌های سنتی

این سرامیک‌ها همان سرامیک‌های سیلیکاتی هستند. مثل کاشی، سفال، چینی، شیشه، گچ، سیمان و ...

سرامیک‌های مدرن

این فرآورده‌ها عمدتاً از مواد اولیهٔ خالص و سنتزی ساخته می‌شوند. این نوع سرامیک‌ها اکثراً در ارتباط با صنایع دیگر مطرح شده‌اند.

سرامیک‌های اکسیدی

برخی از پرکاربردترین این نوع سرامیک‌ها عبارت‌اند از:
برلیا (BeO)
تیتانیا (TiO2)
آلومینا (Al2O3)
زیرکونیا (ZrO2)
منیزیا (MgO)
سرامیک‌های غیراکسیدی

این نوع سرامیک‌ها با توجه به ترکیبشان طبقه‌بندی می‌شوند که برخی از پرکاربردترین آنها در زیر آمده‌اند:
نیتریدها
BN
TiN
Si3N4
GaN
کاربیدها
SiC
TiC
WC
و....

صنعت سرامیک

بازار سرامیک‌های پیشرفته در ایالات متحده امریکا در سال ۱۹۹۸ نزدیک به ۷۰۵ میلیون دلار بود که در سال ۲۰۰۳ به ۱۱ بیلیون دلار رسید.



خواص برتر سرامیک‌ها نسبت به مواد دیگر

دیرگدازی بالا
سختی زیاد
مقاومت به خوردگی بالا
استحکام فشاری بالا
کاربردهای مختلف مواد سرامیکی

در زیر کاربردهای رایج مواد سرامیکی به همراه چندنمونه از مواد رایج در هر کاربرد آورده شده‌است:
الکتریکی و مغناطیسی
عایق‌های ولتاژ بالا (AlN- Al2O3)
دی الکتریک (BaTiO3)
پیزوالکتریک (ZnO- SiO2)
پیروالکتریک (Pb(ZrxTi1-x)O3))
مغناطیس نرم (Zn1-xMnxFe2O4)
مغناطیس سخت (SrO.6Fe2O3)
نیمه‌رسانا (ZnO- GaN-SnO2)
رسانای یونی (β-Al2O3)
تابانندهٔ الکترون (LaB6)
ابررسانا (Ba2LaCu3O7-δ)
سختی بالا
ابزار ساینده، ابزار برشی و ابزار سنگ‌زنی (2O3TiN-Al)
مقاومت مکانیکی (SiC- Si3N4)
نوری
فلورسانس (Y2O3)
ترانسلوسانس(نیمه‌شفاف) (SnO2)
منحرف کنندهٔ نوری (PLZT)
بازتاب نوری (TiN)
بازتاب مادون قرمز (SnO2)
انتقال دهندهٔ نور (SiO2)
حرارتی
پایداری حرارتی (ThO2)
عایق حرارتی (CaO.nSiO2)
رسانای حرارتی (AlN - C)
شیمیایی و بیوشیمیایی
پروتزهای استخوانی P3O12(Al2O3.Ca5(F,Cl))
سابستریت (TiO2- SiO2)
کاتالیزور (KO2.mnAl2O3)
فناوری هسته‌ای
سوخت‌های هسته‌ای سرامیکی
مواد کاهش‌دهنده‌ی انرژی نوترون
مواد کنترل کننده‌ی فعالیت راکتور
مواد محافظت کننده از راکتور


Chiang, Y., Brinie, D.P., Kingery, W.D., Physical Ceramics, John wiley and sons, 1997.
Kingery W.D., Bowen, H.K., Uhlmann, D.R., Introduction to ceramics, John wiley and sons, 1976.
Yanagida, H., Koumoto, K., Miyayama, M., Yamada, H., The chemistry of ceramics, John Wiley and sons, 1996

[Sara12]

نانو لوله های کربنی

نانولوله‌هاي كربني اولين نسل محصولات نانو هستند كه در سال 1991 كشف و به جهان عرضه شدند. نانولوله‌ها از پيچيده‌شدن ورقه‌هاي گرانيت با ساختاري شبيه شانه عسل بدست مي‌آيند. اين لوله‌ها بسيار بلند و نازك هستند و ساختارهايي پايدار، مقاوم و انعطاف‌پذير دارند.
نانولوله‌ها قوي‌ترين فيبرهاي شناخته‌شده‌اند، 100-1 برابر قوي‌تر از واحد وزني استيل هستند و مي‌توانند جايگزين سراميك‌هاي معمولي، آلومينوم و حتي فلزات در ساخت هواپيما، چرخ‌دنده‌ها،‌ ياتاقان‌ها، اجزاء ماشين، دستگاه‌هاي پزشكي، وسايل ورزشي و دستگاه‌هاي صنعتي توليد غذا شوند.
مطالعات اخير پيشنهاد مي‌كند كه از نانولوله‌هاي كربني براي اهداف بيولوژيكي مثل كريستاليزاسيون پروتئين‌ها و ساخت بيوراكتورها و بيوسنسورها استفاده شود . نانولوله‌هاي كربني در محيط‌هاي آبي نامحلول‌اند. بنابراين براي كاربردهيا بيولوژيكي بايد بر اين مسأله غلبه كرد.
پيوند گروه‌هاي Functionalبه نانولوله‌هاي كربني براي كاربردهاي پزشكي بسيار مفيدند به عنوان مثال اتصال نانولوله‌ها به يك توالي خاص DNAمي‌تواند باعث اتصال به يك پروتئين در سلول سرطاني شود و اتصال هم‌سلولي به يك بخش ديگر از همان نانولوله‌ مي‌تواند يك «پيكان راهنما» براي حمله به سلول سرطاني و نابودكردن آن باشد. نانولوله‌هاي كربني به خصوص نانولوله‌هاي چندلايه با ساختار كاملاً تعريف‌شده نانويي، مي‌توانند براي ساختن بيوسنسورها استفاده شوند

[Sara12]

آزمونهای غير مخرب

بازرسی فنی از لحاظ زمانی به چهار دسته تقسیم میشود:
الف-بازرسی قبل از ساخت

ب- بازرسی حین ساخت
پ-بازرسی بعد از ساخت
ت-بازرسی دوره ای (نگهداری)
قبل از ساخت بازرس فنی موظف است که طراحی ها و نقشه ها را چک کند و مقادیر کمی و کیفی ساخت را محاسبه نماید.اینکار از طریق استانداردهای معرفی شده در ذیل انجام میگردد.مثلا بررسی فرمهای wps و pqr ارائه شده توسط شرکت سازنده.
حین ساخت باید به نحوه ساخت دقت نماید و آنها را با استاندارد مطابقت دهد.بخصوص بازرسی چشمی (VT) در این قسمت بسیار موثر میباشد مثلا در جوشکاری لوله ها و یا مخازن به انتخاب نوع جوشکاری و همچنین استفاده از الکترودهای مناسب دقت کند.
بعد از ساخت باید از طریق تستهای غیر مخرب و یا هیدروتست از عدم وجود عیوب مطمئن گردد.
قسمت آخر نگهداری (maintenance) میباشد که با بازرسی های دوره ای و تستهای غیر مخرب بخصوص ضخامت سنجی از دستگاه حفاظت نماید.

برای بازرسی لوله ها از استاندارد زیر که بسیار متداول است استفاده میگردد:
Process Piping :ASME CODE FOR PRESSURE PIPING, B31.3
Power Piping: ASME CODE FOR PRESSURE PIPING, B31.1
Specification for Line Pipe:API 5L
API 1104: Welding of Pipelines and Related Facilities


برای بازرسی مخازن ذخیره نفت از استاندارد زیر استفاده میشود:


API 620: Design and Construction of Large, Welded, Low-Pressure Storage Tanks
API 650: Welded Steel Tanks for Oil Storage

برای بازرسی ظروف تحت فشار:

ASME VIII:Rules for construction of pressure vessels


آزمونهاي غير مخرب ( Non Destvuctive Testing)

<DIV style="DIRECTION: rtl"><DIV class=posts>

مهندسين معمولاً عادت دارند خواص يك ماده را روي نمونه‌هاي مخصوصي كه از همين ماده تهيه شده‌اند با آزمونهاي استاندارد ارزيابي كنند. اطلاعات بسيار ارزشمندي از اين آزمونهاي به دست مي‌آيد كه شامل خواص كششي، فشاري، برشي و ضربه‌اي ماده مورد نظر است. اما اين آزمونها ماهيت تخريبي دارند. بعلاوه خواص ماده به گونه‌اي كه با آزمونهاي استاندارد تا حد تخريب تعيين مي‌شود، به يقين راهنماي روشني در مورد مشخصات كارايي قطعه‌اي نيست كه بخش پيچيده‌اي از يك مجموعه مهندسي را تشكيل مي‌دهد.
در طي توليد و حمل و نقل امكان دارد كه انواع عيوب با اندازه‌هاي مختلف در ماده يا قطعه به وجود آيند. ماهيت و اندازه دقيق هر عيب روي عمليات بعدي آن قطعه تاثير خواهد داشت. عيوب ديگري نيز مانند تركهاي حاصل از خستگي يا خوردگي ممكن است در طي كار قطعه ايجاد شوند. بنابراين براي آشكار سازي وجود عيبها در مرحله توليد و نيز جهت تشخيص و تعيين سرعت رشد اين نقصها در طول عمر قطعه يا دستگاه ، داشتن وسائل مطمئن ضروري است.
منشا بعضي عيوب كه در مواد و قطعات يافت مي‌شوند، عبارتند از :
- عيوبي كه ممكن است طي ساخت مواد خام يا توليد قطعات ريختگي به وجود آيند (ناخالصيهاي سرباره، حفره‌هاي گازي، حفره‌هاي انقباضي، تركهاي تنشي و ... )
- عيوبي كه ممكن است طي توليد قطعات به وجود آيند (عيوب ماشينكاري، عيوب عمليات حرارتي، عيوب جوشكاري، تركهاي ناشي از تنشهاي پسماند و ...)
- عيوبي كه ممكن است طي مونتاژ قطعات به وجود آيند (كم شدن قطعات، مونتاژ نادرست، تركهاي ناشي از تنش اضافي و ...)
- عيوبي كه در مدت كاربري و حمل و نقل به وجود مي‌آيند (خستگي، خوردگي، سايش، خزش، ناپايداري حرارتي و ...)
روشهاي مختلف آزمونهاي غيرمخرب در عمل مي‌توانند به راههاي بسيار متفاوتي در عيب يابي به كار روند. اعتبار هر روش آزمون غيرمخرب سنجشي از كارايي آن روش در رابطه با آشكارسازي نوع و شكل و اندازه بخصوص عيبها است. بعد از آن كه بازرسي تكميل شد، احتمال معيني وجود دارد كه يك قطعه عاري از يك نوع عيب با شكل و اندازه بخصوص باشد. هر قدر اين احتمال بالاتر باشد اعتبار روش به كار رفته بيشتر خواهد بود. اما بايد اين واقعيت را به خاطر داشت كه بازرسيهاي غيرمخرب براي اغلب قطعات به وسيله انسان انجام مي‌گيرد و در اصل دو نفر هميشه نمي‌توانند يك كار تكراري مشابه را بطور دقيق همانند يكديگر انجام دهند. از اين رو بايد يك ضريب عدم يقين در برآورد اعتبار بازرسي به حساب آورده شود و ارزش تصميماتي رد و يا قبول قطعه بايد از رويدادهاي آماري تخمين زده شود.
نقش بازرسي غيرمخرب اين است كه با ميزان اطمينان معيني ضمانت نمايد كه در زمان بكارگيري قطعه براي بار طراحي، تركهايي به اندازه بحراني شكست در قطعه وجود ندارند. همچنين ممكن است لازم باشد كه با اطمينان، عدم وجود تركهاي كوچكتر از حد بحراني را نيز ضمانت كند. اما رشد تركهاي كوچكتر از حد بحراني. بويژه در مورد قطعاتي كه در معرض بارهاي خستگي قرار دارند و يا در محيطهاي خورنده كار مي‌كنند، اهميت دارد، بطوريكه اين گونه قطعات، قبل از اين كه شكست ناگهاني در آنها اتفاق بيفتد، به يك حداقل عمر كار مفيد برسند. در برخي حالتها، بازرسيهاي مرتب و متناوب جهت اطمينان از نرسيدن تركها به اندازه بحراني ممكن است ضروري باشد.
بكارگيري ايده‌هاي مكانيك شكست در طراحي، براي توانايي روشهاي مختلف آزمونهاي غيرمخرب در آشكارسازي تركهاي كوچك، حد و مرز تعيين مي‌كند. اختلاف بين كوچكترين ترك قابل آشكارسازي و اندازه بحراني آن، ميزان ايمني يك قطعه است.
در هر برنامه خاص بازرسي، تعداد عيوب شناسايي شده (هر چند زياد)، با تعداد واقعي آنها مطابقت پيدا نمي‌كند، بنابراين احتمال شناسايي يك قطعه سالم و بدون عيبهاي با اندازه‌هاي گوناگون كاهش مي‌يابد. اما هنگامي كه قطعات بسيار مهم مورد نظر هستند، سعي بر اين است تا حد امكان عيبهاي بيشتري شناسايي شوند و تمايل به قبول تمام نشانه‌هاي وجود عيبها زياد است. زيرا اگر قطعه‌اي در طي بازرسي مردود و غيرقابل مصرف معرفي شود، بهتر از آن است كه هنگام استفاده منجر به شكست فاجعه آميز شود. مسلم است مهندسي كه ايده‌هاي مكانيك شكست را مورد استفاده قرار مي‌دهد، علاقه‌مند است كه بداند به چه اندازه عيبها را در هنگام بازرسي مورد نظر داشته باشد. انتخاب روش با اين بررسي اوليه تعيين مي‌شود و تمام پارامترهاي ديگر در درجه دوم اهميت قرار مي‌گيرند. براي مثال بازرسي تركهاي مربوط به خستگي قطعات فولادي به روش فراصوتي كه نسبتاً
براحتي قابل اجرا است، در مقابل تجزيه و تحليل به روش جريان گردابي براي آشكارسازي تركهايي به طول 5/1 ميليمتر، كنار گذاشته مي‌شود زيرا احتمال آشكارسازي اين تركها با فراصوتي 50 درصد و با جريان گردابي 80 درصد است.
يكي از فايده‌هاي بديهي و روشن به كار بردن صحيح آزمونهاي غيرمخرب، شناسايي عيوبي است كه اگر بدون تشخيص در قطعه باقي بمانند، موجب شكست فاجعه آميز قطعه و در نتيجه بروز خسارتهاي مالي و جاني فراوان خواهند شد. استفاده از اين روشهاي آزمون مي‌تواند فوايد زيادي از اين بابت ، در بر داشته باشد.
بكارگيري هر يك از سيستمهاي بازرسي متحمل هزينه است، اما اغلب استفاده موثر از روشهاي بازرسي مناسب موجب صرفه‌جويي‌هاي مالي قابل ملاحظه‌اي خواهد شد. نه فقط نوع بازرسي، بلكه مراحل بكارگيري آن نيز مهم است. بكارگيري روشهاي آزمون غيرمخرب روي قطعات ريختگي و آهنگري كوچك بعد از آنكه كليه عمليات ماشينكاري روي آنها انجام گرفت، معمولا بيهوده خواهد بود. در اينگونه موارد بايد قبل از انجام عمليات ماشينكاري پرهزينه قطعات بدقت بازرسي شوند و قطعاتي كه داراي عيوب غيرقابل قبول هستند، كنار گذاشته شوند. بايد توجه داشت كليه معايبي كه در اين مرحله تشخيص داده مي‌شوند، نمي‌توانند موجب مردود شدن قطعه از نظر بازرسي باشند. ممكن است قطعه‌اي داراي ناپيوستگيها و تركهاي سطحي بسيار ريز باشد كه در مراحل ماشينكاري از بين بروند.



آزمايش پرتو نگاري و تفسير فيلم Radiographic Testing and Film Interpretation




تابش الكترومغناطيسي با طول موجهاي بسيار كوتاه، يعني پرتو ايكس يا پرتو گاما از درون مواد جامد عبور مي‌كند اما بخشي از آن، توسط محيط جذب مي‌شود. مقدار جذب پرتو در هنگام عبور از ماده به چگالي و ضخامت ماده و همچنين ويژگيهاي تابش بستگي دارد. تابش عبوري از درون ماده مي‌تواند به وسيله يك فيلم يا كاغذ حساس آشكار شده و روي صفحه فلورسنت مشاهده شود، يا اين كه توسط دستگاههاي حساس الكترونيكي نشان داده شود. اگر بخواهيم دقيقتر بگوييم، عبارت پرتو نگاري به معني فرايندي است كه در نتيجه آن ، تصويري روي فيلم ايجاد شود، بررسي اين فيلم را تفسير مي‌گوييم.
بعد از اين كه فيلم عكس گرفته شده پرتو نگاري ظاهر شد، تصويري سايه روشن با چگالي متفاوت مشاهده مي‌شود. قسمتهايي از فيلم كه بيشترين مقدار تابش را دريافت كرده‌اند، سياهتر ديده مي‌شوند. همچنانكه پيشتر گفته شد، مقدار تابش جذب شده توسط ماده، تابعي از چگالي و ضخامت آن خواهد بود. همچنين وجود عيوب خاص، مانند حفره‌ها و تخلخل درون ماده، بر مقدار تابش جذب شده تاثير خواهد گذاشت. بنابراين پرتو نگاري مي‌تواند براي آشكار سازي انواع خاصي از عيوب در بازرسي مواد و قطعات به كار رود.
استفاده از پرتو نگاري و فرآينده‌هاي مربوط به آن بايد به شدت كنترل شود، زيرا قرار گرفتن انسان در معرض پرتو مي‌تواند منجر به آسيب بافت بدن شود.

http://forum.patoghu.com/images/poti/2009/01/408.gif

آزمايش فراصوتي (Ultrasonic Testing)

در اين روش، امواج صوتي با بسامد 5/0 تا 20 مگاهرتز به درون قطعه فرستاده مي‌شود. اين موج پس از برخورد به سطح مقابل قطعه باز تابيده مي‌شود. با توجه به زمان رفت و برگشت اين موج، مي‌توان ضخامت قطعه را تعيين كرد. حال اگر يك عيب در مسير رفت و برگشت موج باشد، از اين محل هم موجي بازتابيده خواهد شد كه اختلاف زماني نسبت به مرحله اول، محل عيب را مشخص مي‌كند.
روشهاي فراصوتي به طور گسترده‌اي براي آشكارسازي عيوب داخلي مواد به كار مي‌روند ولي مي‌توان از آنها براي آشكارسازي تركهاي كوچك سطحي نيز استفاده كرد.

http://forum.patoghu.com/images/poti/2009/01/409.gif

بازرسي با ذرات مغناطيسي (Magnetic Particle Testing)

بازرسي با ذرات مغناطيسي، روش حساسي براي رديابي عيوب سطحي و برخي نقصهاي زير سطحي قطعات فرو مغناطيسي است. پارامترهاي اساسي فرآيند به مفاهيم نسبتاً ساده‌اي بستگي دارد. هنگامي كه يك قطعه فرومغناطيسي، مغناطيس مي‌شود، ناپيوستگي مغناطيسي كه تقريباً در راستاي عمود بر جهت ميدان مغناطيسي واقع است، موجب ايجاد يك ميدان نشتي قوي مي‌شود. اين ميدان نشتي در رو و بالاي سطح قطعه مغناطيس شده حضور داشته و مي‌تواند آشكارا توسط ذرات ريز مغناطيسي ديدپذير شود. پاشيدن ذرات خشك يا ذرات مرطوب با يك مايع محلول بر روي سطح قطعه، موجب تجمع ذرات مغناطيسي روي خط گسل خواهد شد. بنابراين پل مغناطيسي تشكيل شده، موقعيت، اندازه و شكل ناپيوستگي را نشان مي‌دهد.
يك قطعه را مي‌توان با به كاربردن آهنرباهاي دائم، آهنرباهاي الكتريكي و يا عبور يك جريان قوي از درون يا برون قطعه، مغناطيس كرد. با توجه به اين كه با روش آخر مي‌توان ميدانهاي مغناطيسي با شدت زياد در داخل قطعه ايجاد كرد، اين روش به صورت گسترده‌اي در كنترل كيفي محصول به كار مي‌رود زيرا اين روش حساسيت خوبي براي شناسايي عيوب قطعات و آشكارسازي آنها عرضه مي‌دارد


بازرسي با مايعات نافذ ( Liquid Penetrant Testing)بازرسي با مايعات نافذ يكي از روشهايي است كه مي‌تواند براي عيب يابي تعداد وسيعي از قطعات مورد استفاده قرار گيرد، به شرطي كه عيبها به صورت ترك در سطح قطعه ظاهر شوند. اساس روش بر اين است كه مايع نافذ بر اثر جاذبه مويينگي به درون تركهاي سطحي نفوذ كرده و پس از يك مرحله ظهور، هر عيبي كه به شكل ترك يا شكستگي در سطح قطعه وجود دارد، با چشم رويت مي‌شود. براي بهتر ديده شدن اين تركها، مايع نافذ معمولاً به رنگهاي روشن و قابل ديد بوده و يا به ماده فلورسنت آغشته مي‌شود. در حالت اول معمولاً براي رنگين نمودن مايع از رنگ قرمز استفاده مي‌شود كه با نور روز يا نور مصنوعي قابل ديد باشد، ولي در حالت دوم براي ديدن تركها و درزها بايد از نور فرابنفش استفاده شود.
امروزه، بازرسي با مايع نافذ، يكي از مهمترين روشهاي صنعتي است كه براي مشخص نمودن انواع مختلف عيبهاي سطحي مواد و قطعات، مانند تركها، بريدگي‌ها و نواحي مك‌هاي سطحي، مورد استفاده قرار مي‌گيرد. اين روش تقريباً براي هر نوع ماده و در هر اندازه‌اي، چه بزرگ با شكل پيچيده و چه ساده، قابل استفاده است و معمولاً براي بازرسي توليدات ريختگي و كار شده فلزات آهني و غيرآهني، آلياژها، سراميك‌ها، ظروف شيشه‌اي و مواد پليمر به كار مي‌رود.

http://forum.patoghu.com/images/poti/2009/01/410.gif

[Sara12]

آزمونهای غير مخرب 2

بازرسي فني (Industrial Inspection )

بازرسين فني معمولاً مسئوليت بازرسي تجهيزات مكانيكي، الكتريكي و ... را با انجام مراحل مختلف بعهده مي‌گيرند. بعضي از اين مراحل عبارتند از:
بازرسي و كنترل براساس نقشه‌هاي ساخت، بررسي و تنظيم برنامه‌هاي نظارت بر ساخت و توليد محصول، پيگيري انجام تعهدات توليدكننده، كنترل مقادير در كيفيت مصالح و تجهيزات بكار رفته و پيشرفت كار، كنترل جوشكاري، كنترل رنگ آميزي، كنترل حفاظت كاتديك، مطابقت نقشه‌هاي ساخت و مونتاژ با استانداردهاي مورد نظر، بازرسي از مراحل بسته‌بندي جهت اطمينان از استحكام لازم و در نهايت ارسال تائيديه بازرسي كالا براي كارفرما.

http://forum.patoghu.com/images/poti/2009/01/7217.jpg

آزمايش جريان گردابي (Eddy Current Testing)

اساس روشهاي آزمون الكترومغناطيسي بر اين است كه وقتي يك سيم پيچ حامل جريان متناوب، نزديك ماده‌اي تقريباً رسانا قرار داده شود، جريانهاي گردابي يا ثانويه در آن ماده القا خواهد شد. جريانهاي القايي، ميداني مغناطيسي ايجاد خواهند كرد كه در جهت مخالف ميدان مغناطيسي اوليه اطراف سيم پيچ است. تاثير متقابل بين ميدانها موجب ايجاد يك نيروي ضد محركه الكتريكي در سيم پيچ شده و در نتيجه سبب تغيير مقدار مقاومت ظاهري سيم پيچ خواهد شد. اگر ماده از نظر ابعاد و تركيب شيميايي يكنواخت باشد. مقدار مقاومت ظاهري سيم پيچ كاوشگر نزديك سطح قطعه در كليه نقاط سطح قطعه يكسان خواهد بود، به غير از تغيير اندكي كه نزديك لبه‌هاي نمونه مشاهده مي‌شود. اگر ماده ناپيوستگي داشته باشد، توزيع و مقدار جريانهاي گردابي مجاور آن تغيير مي‌كند و در نتيجه كاهشي در ميدان مغناطيسي در رابطه با جريانهاي گردابي به وجود مي‌آيد، بنابراين مقدار مقاومت ظاهري سيم پيچ كاوشگر تغيير خواهد كرد.
از روي تحليل اين آثار مي‌توان در مورد كيفيت و شرايط قطعه كار نتيجه‌گيري كرد. اين روشها بسيار متنوع هستند و با وسيله و روش آزمون مناسب، مي‌‌توان آنها را براي آشكارسازي عيوب سطحي و زير سطحي قطعات و تعيين ضخامت پوشش فلزات به كار برد و اطلاعاتي در زمينه مشخصات ساختاري مانند اندازه دانه بندي و شرايط عمليات حرارتي به دست آورد.همچنين مي‌توان خواص فيزيكي مانند رسانايي الكتريكي تراوايی مغناطيسي و سختي فيزيكي را تعيين كرد.


بازرسی به روش چشمي (Visual Testing)

بازرسي چشمي: در بيشتر اوقات، اولين مرحله در آزمون يك سازه، بازرسي چشمي است. بازرسي با چشم غير مسلح فقط عيبهاي نسبتاً بزرگي را كه به سطح قطعه راه دارند، نمايان خواهد كرد. با به كار بردن يك ميكروسكوپ مي‌توان كارايي بازرسي چشمي را افزايش داد. مناسبترين نوع ميكروسكوپ براي بازرسيهاي سطح قطعه، ميكروسكوپ استريو است. در اين نوع بازرسيها، بزرگنمايي بسيار زياد ضرورتي ندارد و بيشتر ميكروسكوپهاي كه بدين منظور در دسترس هستند، بزرگنمايي در حدود 5 تا 75 برابر دارند. بازرسي چشمي منحصر به سطح خارجي نمي‌شود. حساسه‌هاي بازرسي نوري، از هر نوع صلب و انعطاف پذير، جهت بازرسي سطوح داخلي ساخته شده‌اند. حتي اين حساسه‌ها را مي‌توان در داخل حفره‌ها، لوله‌ها و كانالها قرار داد

http://forum.patoghu.com/images/poti/2009/01/411.gif

بازرسي جوشي (Welding Inspection )

كنترل كيفيت عمليات جوشكاري از زمان تنظيم دستورالعمل تا انتهاي كار (شامل مواردي نظير تجهيزات، الكترود، پرسنل جوشكار و ... ) بعهده بازرسي جوش مي‌باشد كه در صورت مشاهده ايراد در هر مرحله از كار، با جلوگيري از روند ايجاد كار معيوب، راهكارهاي بهبود كيفيت را ارائه مي‌كند و تا نتيجه كار، مطلوب و طبق استاندارد درخواستي كارفرما، ايجاد گردد. انواع ترك از عيوبي هستند كه در صورت مشاهده بايد كاملاً از سطح كار حذف شوند.

http://forum.patoghu.com/images/poti/2009/01/412.gif

با تشکر از وبلاگ مواد و متالورژی

[Sara12]

اثر فسفر در فولادها و چدنها
فسفر عنصر ناخواسته اي است كه در تركيب هر عنصري وجود دارد.ساختمان مكعبي شكل و نقطه ذوب 45 C دارد. وزن اتمي آن 31 است. فسفر تمايل قوي به تركيب با اكسيژن داشته و بايد از رطوبت و اكسيژن محافظت شود. براي افزودن به مذاب آهن ،از فروفسفاتهاي با 20% فسفر استفاده مي شود.

در حالت جامد ،آهن و فسفر تشكيل Fe3P مي دهند. فسفر در دماي اتاق در حدود 0.1% حل مي شود و فسفر اضافي در زمينه باقي مي ماند. در كل فسفر فريت زاي ضعيفي است . لذا با توجه به دصد كم فسفر در فولاد ،تاثير اين عنصر بسيار ناچيز است.

در فولادسازي با روش شمش ريزي ، فسفر عنصر ناخواسته اي است.فسفر جدايش در ريزساختار را تشديد مي دهد. مناطق حاوي فسفر مناطقي هستند كه در آخرين مرحله انجماد ، منجمد مي شود و باعث مي شودكه كربن از اين مناطق پس زده شود.در نتيجه بعد از انجماد،اين مناطق سمنتيت كمتري داشته و در عوض فريت بيشتري خواهد داشت.به اين پديده Ghost bond اطلاق مي شود.هم چنين به خاطر ضريب ديفوزيون پايين اين عنصر،امكان يكنواخت كردن ريزساختار بسيار مشكل است.

در عمليات حرارتي فولادها ،فسفر چقرمگي را مي كاهد.بهمين خاطر درصد فسفر بايد از 0.04% فراتر نرود.فسفر سختي پذيري را مي افزايد فلذا كاهش چقرمگي و افزايش تردي را در پي خواهد داشت.فسفر با تشكيل محلول جامد جانشيني، تمايل بالقوه اي در افزايش استحكام فريت دارد.

اثر ترد كنندگي به ميزان كربن فولاد بستگي دارد. در گريدهاي پر كربن ،تاثير فسفر معكوس مي شود.در بسياري از فولادهاي كم كربن درصد فسفر مي تواند در محدوده 0.04-0.15 % باشد. در فولادهاي HSLA كه كربن كمتري دارند، جهت افزايش استحكام و مقاومت خوردگي از فسفربا درصد بالا استفاده مي كنند.فولادهاي بسمر به خاطر ماهيت توليد داراي فسفر زيادي هستند. تردي حاصل از فسفر با افزايش كربن ،دماي آبكاري ،اندازه دانه و كاهش درصد تغيير شكل در فورج افزايش مي يابد.اين تردي بصورت سردشكنندگي و حساس شدن در تنش هاي ضربه اي ظاهر مي شود.

فسفر اندازه دانه های آهن را افزایش داده و لذا باعث تشکیل ترکیبات حجیم و نامطلوب می شود. افزودن فسفر به فولادهای کم کربن ،ازدیاد استحکام و مقاومت خوردگی را در پی دارد. هم چنین قابلیت ماشینکاری فولادهای خوش تراش را بهبود می بخشد.تا 0.07 % به فولادهای کم کربن خاص با 0.3 % مس افزوده شده تا مقاومت اتمسفری آنها بسیار خوب شود. در چدن ، نقطه انجماد اولیه چدن را کاهش داده فلذا سیالیت و قابلیت ریخته گری آن را می افزاید

[Sara12]

ریختگری در قالب دوغابی
http://tbn0.google.com/images?q=tbn:CHqwqr9UMGc24M:http://www.articles.ir/ShowImage/100/Article_Image_Base/Article2327.jpg.aspx%3FShowCode%3D-288641154

روش ريخته گري دقيق تعريف :

‌ريخته گري دقيق به روشي اطلاق ميشود كه در ان قالب با استفاده از پوشاندن مدل هاي از بين رونده توسط دوغاب سراميكي ايجاد مي وشد. مدل (‌كه معمولا از موم يا پلاستيك است ) توسط سوزاندن با ياذوب كردن از محفظه قالب خارج مي شود.

ويژگي :
در روشهاي قالبگيري در ماسه ، مدلهاي چوبي يا فلزي به منظور تعبيه شكل قطعه در داخل مواد قالب مورد استفاده قرار ميگيرد. در اينگونه روشا مدلها قابليت استفاده مجدا دارند ولي قالب فقط يكبار استفاده مي شود. در روش دقيق هم مدل و هم قالب فقط يك بار استفاده مي شود. درروش دقيق هم مدل و هم قالب فقط يك بار استفاده مي شود .

مزايا و محدوديتها
الف: مهمترين مزاياي روش ريخته گري دقيق عبارتند از : - توليد انبوه قطعات با اشكال پيچيده كه توسط روشهاي ديگر ريخته گري نمي توان توليد نمود توسط اين فرايند امكان پذير مي شود. - مواد قالب و نيز تكنيك بالاي اين فرايند،‌- امكان تكرار توليد قطعات با دقت ابعادي وصافي سطح يكنواخت را ميدهد. - اين روش براي توليد كليه فلزات و آلياژهاي ريختگي به كار مي رود . همچنين امكان توليد قطعاتي از چند آلياژ مختلف وجود دارد. - توسط اين فرآيند امكان توليد قطعاتي با حداقل نياز به عملايت ماشينكاري و تمام كاري وجود دارد. بنابراين محدوديت استفاده از آلياژهاي با قابليت ماشينكاري بد از بين مي رود. - در اين روش امكان توليد قطعات با خصوصا متالورژيكي بهتر وجود دارد. - قالبت تطابق براي ذوب و ريخته گري قطعات در خلاء وجود دارد. - خط جدايش قطعات حذف مي شود و نتيجتا موجب حذف عيوبي مي شود كه در اثر وجود خط جدايش به وجود مي آيد.. –
ب:مهمترين محدوديتهاي روش ريخته گري دقيق عبارتنداز : - اندازه و وزن قطعات توليد شده توسط اين روش محدود بوده و عموما قطعات با وزن كمتر از 5 كيلوگرم توليد مي شود . - هزينه تجهيزات و ابزارها در اين روش نسبت به ساير روشها بيشتر است.
انواع روشهاي ريخته گري دقيق:

در اين فرايند دو روش متمايز در تهيه قالب وجود دارد كه عبارتند از روش پوسته اي و روش توپر به طور كلي اين دو روش درتهيه مدل با هم اختلاف ندارند بلكه در نوع قالبها با هم تفاوت دارند. فرايند قالبهاي پوستهاي سراميكي پوسته اي سراميكي درريخته گري دقيق: براي توليد قعطات ريختگي فولادي ساده كربني ، فولادهاي آلياژي ،‌فولاد هاي زنگ نزن، مقاومت به حرارت وديگر آلياژهايي با نقطعه ذوب بالاي اين روش به كار مي رود به طور شماتيك روش تهيه قالب را در اين فرآيند نشان مي دهند كه به ترتيب عبارتند از :
الف : تهيه مدلها : مدلهاي مومي يا پلاستيكي توسط ورشهاي مخصوص تهيه ميشوند.
ب : مونتاژ مدلها : پس از تهيه مدلهاي مومي يا پلاستيك معمولا تعدادي از آنها ( اين تعداد بستگي به شكل و اندازه دارد) حول يك راهگاه به صورت خوشه اي مونتاژ مي شوند در ارتباط باچسباندن مدلها به راهگاه بار ريز روشهاي مختلف وجود دارند كه سه روش معمولتر است و عبارتند از :
روش اول: محل اتصال در موم مذاب فرو برده مي شود و سپس به محل تعيين شده چسبانده مي شود .
روش دوم: اين روش كه به جوشكاري مومي معروف است بدين ترتيب است كه محلهاي اتصال ذوب شده به هم متصل مي گردند .
روش سوم: روش سوم استفاده از چسبهاي مخصوص است كه محل اتصال توسط جسبهاي مخصوص موم يا پلاستيكي به هم چسبانده مي شود. روش اتصال مدلهاي پلاستيكي نيز شبيه به مدلهاي مومي مي باشد..
ج : مدل خوشه اي و ضمائم آن در داخل دو غاب سراميكي فرو برده مي شود. درنتيجه يك لايه دو غاب سراميكي روي مدل را مي پوشاند
د:در اين مرحله مدل خوشه اي در معرض جريان باران ذرات ماسه نسوز قرار ميگيرد.‌تايك لايه نازك درسطح آن تشكيل شود .
ه: پوسته سراميكي ايجاده شده در مرحله قبل كاملاخشك مي شوند تا سخت و محلم شوند. مراحل ( ج ) (د) ( ه) مجددا براي جند بار تكرار مي شود . تعداد دفعات اين تكرار بستگي به ضخامت پوسته قالب مورد نياز دارد. معمولا مراحل اوليه از دوغابهايي كه از پودرهاي نرم تهيه شده ،‌استفاده شده و بتدريج مي توان از دو غاب و نيز ذرات ماسه نسوز درشت تر استفاده نمود. صافي سطح قطعه ريختگي بستگي به ذرات دو غاب اوليه و نيز ماسه نسوز اوليه دارد.
ز: مدول مومي يا پلاستيكي توسط ذوب يا سوزانده از محفظه قالب خارج مي شوند، به اين عمليات موم زدايي مي گويند . درعمليات موزدايي بايستي توجه نمود كه انبساط موم سبب تنش وترك در قالب نشود
ح: در قالبهاي توليد شده عمليات بار ريزي مذاب انجام مي شود ط: پس از انجماد مذاب ،‌پوسته سراميكي شكسته ميشود.
ي: در آخرين مرحله قطعات از راهگاه جدا مي شوند.
مواد نسوز در فرآيند پوسته اي دقيق:
نوعي سيليس به دليل انبساطي حرارتي كم به طور گسترده به عنوان نسوز در روش پوسته اي دقيق مورد استفاده قرار مي گيرد.اين ماده نسوز براي ريخته گري آلياژهاي آهني و آلياژهاي كبالت مورد استفاده قرار مي گيرد. زير كنيم شايد بيشترين كاربرد را به عنوان نسوز در فرآيند پوسته اي دارد. اين ماده بهترين كيفيت را در سطوح قطعه ايجاد نموده و در درجه حرارتهاي بالا پايدار بوده و نسبت به خورديگ توسط مذاب مقاوم است. آلومين به دليل مقاومت كم در برابر شوك حرارتي كمتر مورد استفاده قرار ميگيرد. به هر حال در برخي موارد به دليل مقاومت در درجه حرارت بالا ( تا حدودc ْ1760 مورد استفاده قرار مي گيرد.
چسبها :‌مواد نسوز به وسيله چسبها به يكديگر مي چسبد اين چسبها معمولا شيميايي مي باشند سليكات اتيل ،‌سيليكات سديم و سيليس كلوئيدي . سيليكات اتيل باعث پيدايش سطح تمام شده بسيار خوب ميشوند. سيليس كلوئيدي نيز باعث بوجود آمدن سطح تمام شده عالي مي شود.
اجزاي ديگر: يك تركيب مناسب علاوه بر مواد فوق شامل مواد ديگري است كه هر كدام به منظور خاصي استفاده مي شود.
اين مواد به اين شرح است : - مواد كنترل كننده ويسكوزيته - مواد تركننده جهت كنترل سياليت دو غاب و قابليت مرطوب سازي مدل - مواد ضد كف جهت خارج كردن حبابهاي هوا - مواد ژلاتيني جهت كنترل در خشك شدن و تقليل تركها فرايند تهيه قالبهاي توپر در ريخته گري دقيق: شكل به طول شماتيك مراحل تهيه قالب به روش توپر را نشان مي دهد كه عبارتند از :
الف : تهيه مدلهاي ذوب شونده
ب :‌مونتاژ مدلها : اين عمليات درقسمت
ج: توضيح داده شده ح: مدلهاي خوشه اي و ضمائم آن درداخل درجه اي قرار ميگيرد و دوغاب سراميكي اطراف آن ريخته ميشودتا درجه با دو غاب ديرگداز پر شود. به اين دو غاب دو غاب پشت بند نيز گفته ميشود . اين دو غاب در هوا سخت مي شود و بدين ترتيب قالب به اصطلاح توپر تهيه مي شود
د: عمليات بار ريزي انجام ميشود
ه : قالب سراميكي پس ازانجماد مذاب شكسته مي شود
و: قطعات از راهگاه جدا مي شوند شكل دادن به روش ريخته گري دو غابي مقدمه اين طريقه شبيه كار ----- پرس است ، به اين معنا كه مقدار آب به مواد اوليه اضافه شده تا حالت دو غابي به خود بگيرد. بايد خارج شود ،به اين دليل براي ساختن اشيا روش كندي است . به طور كلي اين روش موقعي مورد استفاده قرار ميگيرد كه شكل دادن به روشهاي اقتصادي تر غير ممكن باشد. ازطرف ديگر مواقعي از اين روش اسفتاده مي كنند كه تعدااد زيادي از قطعه مورد درخاواست نباشد . برتري بارز اين روش در توليد قطعات پيچيده است . دوغاب،‌داخل قالبهاي گچي متخلخل كه شكل مورد نظر را دارد، ريخته مي شود . آب دو غاب جذب قالب شده و دراثر اين عمل يك لايه از مواد دو غاب به ديواره قالب بسته مي شود و شكل داخل قالب را به خود مي گيرد.دو غاب در داخلي قالب باقي مي ماند تا زماني كه لايه ضخامت مورد نظر را پيدا كند. اگر ريخته گري تو خالي نباشد ،‌نيازي به تخليه دو غاب نيست ، ولي براي قطعاتي كه توخالي باشند، قالب برگدانده ميشود . دو غاب اضافي كه روي سطح قالب قرار دارد،‌به وسيله كرادكي تراشيده مي شود . سپس لايه اضافي با كمك چاقو در ناحيه ذخيره برداشته مي شود . جدارة تشكيل دشه كه همان قطعه نهايي موردنظر است، درقالب باقي مي ماند تا زماني كه كمي منقبض شده و از قالب جدا شود. سپس مي توان آن را از قالب در آورد . بعد از اينكه قطعه مورد نظر خشك شد،‌كليه خطوط اضافي كه دراثر قالب روي آن ايجاد شده است، با چاقو زده و يا به وسيله اسفنج تميز مي شود در اين مرحله قطعه آماده پخت است . چون آب اضافي دو غاب حين ريخته گري خارج شده ، سطح دو غاب در داخل قالب پايين مي آيد. به اين دليل معمولا يك حلقه بالاي قالب تعبيه مي شود تا دو غاب را بالاي قعطه مورد نظر نگه دارد. اين حلقه ممكن است از گچ و يا از لاستيك ساخته شود . اگر ازگچ ساخه شود ، داخل آن نيز دو غاب به جدا بسه شده و با كمك چاقو تراشيده ميشود. وقتي كه جسم داخل قالب گچي كمي خشك شد،‌اسفنجي نمدار دور آن كشيده مي شود تا سطحي صاف به دست آيد . اين روش كه در بالا به ان اشاره شد ، براي ريخته گري اجسامي است كه داخل آنها خالي است . مانند گلدان، زير سيگاري ، و غيره ... اما طريقه اي هم هست كه براي ساختن اجسام توپر به كار مي رود ، به اين تريتب كه دو غاب داخل قالب مي ماند تا اينكه تمام آن سف شود. براي ساختن اشيايي كه شكل پيچيده دارند ، ممكن است قالب گچي ازچندين قعطه ساخته شود تا بتوانيم جسم داخل آن را از قالب خارج كنيم ، هر قطعه قالب شامل جاي خالي است كه قعطه قالب ديگر در آن جا مي گيرد. (‌نروماده ) اگر قالب داراي قطعات زيادباشد،‌لازم است در حين ريخته گري خوب به هم چسبد اين كار را مي توان به وسيله نوار لاستيك كه محكم به دور آن مي بنديم انجام دهيم . هنگام در اوردن جسم از قالب بايد اين نوار لاستيكي را باز كرده و برداريم. غلظت مواد ريخته گري بايد به اندازه كافي باشد كه باعث اشباع شدن قالب از آب نشود . بخصوص موادي كه شامل مقدار زيادي خاك رس هستند،‌غلظت آنها به قدري كم خواهد شد كه ريخته گري آنها مشكل شده و معايبي هم در حين ريخته گري ايجادمي شود. براي اينكه دو غاب را به اندازه كافي روان كنيم . مواد روانسازي به دو غاب اضافه مي شود.
ريخته گري دو غابي تجهيزات مورد نياز: مواد مورد نياز - مواد اوليه - آب - روانساز( سودا و سيليكات سديم يا آب شيشه ) ابزار مورد نياز - همزان الكتريكي - ترازو ( با دقت 1/0و01/0 گرم) - پارچ دردار - قالب گچي مورد نياز ( قالب قوري - لوله و قالب هاون آزمايشگاهي - دسته هاون آزمايشگاهي - دسته هاون ) - ويسكوزيته متر ريزشي با بروكفيد - لاستيك نواري - ميز كار آماده سازي دو غاب توزين و اختلاط مواد اوليه :‌در توليد فرآورده هاي سراميكي ،‌عمل توزين مواد اوليه به طور كلي مي تواند به دو روش انجام شود. (‌توزين به روش خشك ) (‌توزين به روش تر )‌در مرحله تهيه و آماده سازي بدنه ،‌روش توزين عامل بسيار مهم و تعيين كننده اي است.
توزين درحالت خشك : در اين روش ،‌عمل توزين هنگامي صورت مي گيرد كه مواد اوليه به صورت خشك و يا تقريبا خشك باشند و هنوز تبديل به دو غاب نشده باشند . هنگام توزين ،‌حتما بايد آب موجود درمواد اوليه و به طور عمده در مواد پلاستيك (‌كه از محيط اطراف جذب شده و يا در معدن در اثر ريزش برف و باران مرطوب و نمدار شده است )‌منظور شود . البته بايد توجه داشت كه تعيين دقيق مقدار رطوبت موجود در مواد اوليه،عملا غير ممكن است و اين موضوع ، يعني عدم دقت ، نقص بزرگ توزين به روش خشك است . در عمل از تك تك مواد اوليه نمونه برداري كنيد ،‌و بعد از توزين آن را در خشك كن آزمايشگاهي در دماي ( ) قرار دهيد بعد از 24 ساعت نمونه را دوباهر توزين كنيد . اختلاف وزن نسبت به وزن اوليه را محاسبه كنيد تا درصد رطوبت خاك مشخص شود . بعد از تعيين درصد رطوبت ، درصد فوق را در توزين نهايي مواد اوليه منظور كنيد . توزين در حالت تر: در اين روش،‌عمل توزين بعد از تبديل هر يك از مواد اوليه به دو غاب انجام مي شود. بديهي است كه هريك از مواد اوليه به دو غاب انجام مي شود . بديهي است كه در روش خشك گفته شد ، وجود نخواهد داشت . البته در صنعت به لحاظ نياز اين روش به چاله هاي ذخيره سازي كه فضاي بيشتري با سرماهي گذاري اوليه بالاتري را مي طلبد ،‌كمتر استقبال مي شود. در مورد توزين به روش تر ،‌حتما اين روش مطرح خواهد شد كه چگونه مي توان به مقدار مواد خشك موجود در دو غاب هر يك از مواد اوليه پي برد. در عمل براي تعيين مقدار مواد خشك موجود درغابها از رابطه برونينارت استفاده مي شود . W=(p-1) W= وزن ماده خشك موجود در يك سانتيمتر مكعب از دو غاب (‌گرم ) P= وزن ماده خشك موجود در يك سانتيمتر مكعب = وزن مخصوص ( دانسيته ) دو غاب درعمل با توزين حجم مشخصي از دو غابها،‌مي توان به وزن مخصوص يا دانسيته آنها پي برد. در مورد وزن مخصوص مواد خشك بايد اشاره شود كه به طور معمول اين مقدار حدود 5/2 تا6/2 گرم بر سانتيمتر مكعب است. بنابراني اگر با تقريب ،‌وزن مخصوص را 5/2 اختيار كنيد ، مقدار كسري برابر با خواهد بود . پس تنها عامل در اكثر موارد،‌دانسيته دو غابها است .
الك كردن : عمل توزين مواد اوليه چه به صورت تر باشد و چه در حالت خشك ،‌ابعاد ذرات دو غاب بدنه موجود در حوضچه هاي اختلاط نبايد از حدو مورد نظر بزرگتر باشد. تعيين ابعاد ذرات موجود در دو غاب،‌قسسمتي از اعمال روزمره آزمايشگاهها ي خطوط توليد است و اين عمل در پايان نمونه برداري در حين سايش انجام گيرد و سپس تخليه انجام مي گيرد. در هر صورت ،‌انتخاب دانه بندي مناسب بستگي به فاكتور هاي ذيل دارد: - نوع بدنه ( چيني ظروف- چيني بهداشتي ،- نوز) - نوع مواد اوليه و درصد انها (‌- بالكي) - خواص ريخته گري ( تيكسوتراپي ،‌- سرعت ريخته گري) - جذب آب - عمل الك كردن براي جداسازي ذرات درشت و كنترل خواص دوغاب بسيار ضروري است. زيرا اولا وجود ذرات درشت عوارض گسترده اي بر پروسس ريخته گري ،‌- خواص دو غاب ،‌- خواص حين پخت و خواص محصول نهايي دارد. ثانيا ،- كنترل دانه بندي براي خواص دو غاب شديدا تحت تاثير دانه بندي بوده و نبايد از حد متعارفي كمتر باشد . انتخاب و شماره الك توسط استاد كار انجام خواهد شد. عموما به لحاظ وجود ذرات درشت و حضور ناخالصيهاي گسترده در مواد اوليه نظير موادآلي ،‌ريشه درختان ،‌كرك و پشم كه به منظور افزايش استحكام خام به بعضي از مواد اوليه زده مي شود ،‌غالبا چشمه هاي الك زود كورمي شود و ادامه عمل الك كردن را با مشكل مواجه مي كند. لذا غالبا الكهارا چند طبقه منظور كرده و طبقات نيز از مش كوچك به مش بزرگ از بالا به پايين قرار مي گيرند تا دانه هاي درشت تر بالاو دانه هاي كمتري روي الك زيرين كه داراي چشمه هاي ريزتري است ،‌قرار گيرد .
آهن گيري: مي دانيد كه اهن با ظرفيتهاي مختلف در مواد اوليه يا بدنه هاي خام وجود دارد، در مجموع چهار شكل متفاوت آهن وجود دارد. - به صورت يك كاتيون در داخل شبكه بلوري مواد اوليه - به صورت كانيهاي مختلف كه به عنوان ناخالصيهاي طبيعي با مواد اوليه مخلوط مي شوند . - به صورت ناخالصيهاي مصنوعي كه در اثر سايش صفحات خرد كننده سنگ شكنها و آسيابها به وجود آمده اند . فقط در حالت اخير آهن به صورت فلزي يا آزاد وجود دارد. لذا در اين حالت توانايي مي توان عمل اهن گيري را انجام داد. - به صورت تركيبات دو وسه ظرفيتي آهن كه در اثر زنگ زدگي خطوط انتقال دو غاب ،‌- وارد دوغاب ميشوند.در توليد فرآورده هاي ظريف براي تخليص دو غاب از ذرات آهن موجود ،‌- از دستگاههاي آهنر يا مگنت دستي استفاده مي شود . دستگاههاي آهنربا اگر چه عامل بسيار موثري در حذف آهن و تخليص دو غاب هستند،‌- ولي ماسفانه بايد توجه داشت كه اين دستگاهها قادر به جذب تمام مواد وذرات حاوي آهن نيستند . در بين كانيهاي مهم آهن، كانيهاي مگنيت ( ) سيدريت ( )‌و هماتيت( ) به ترتيب داراي بيشترين خاصيت مغناطيسي هستند و بنابراين ،‌به وسيله دستگاههاي آهنربا جذب مي شوند . در كانيهاي ليمونيت ( ) ماركاسيت و پيريت ( ) خاصيت مغناطيسي به ترتيب كاهش يافته و به همين دليل در عمل ، احتمال جدا سازي اين كانيها به وسيله دستگاههاي آهنربا بسيار كم است . در مورد آهن فلزي بديهي است كه دستگاههاي آهنربا به راحتي قادر به جذب آنها هستند. تنظيم خواص رئولوژيكي بعد از اينكه دو غاب الك و آهنگيري شد، دو غاب رابه چاله ذخيره يا به ظرف مخصوص انتقال مي دهيم . در حالي كه همزن الكتريكي با دور كم در حال هم زدن آرام دو غاب است ، از چاله نمونه برداري كرده و آزمونهاي زير را اعمال مي كنيم تا فرم پيوست تكميل شود. همان طوريكه در فرم ملاحظه مي شود ،
شامل مراحل زير است :‌اولين مرحله تنظيم دانسيته دوغاب است . بدين معنا كه سرعت ريخته گري يا مدت زماني كه لازم است دو غاب در قالب گچي بماند و به ضخامت مورد نظر برسد، تنظيم شود . بدين منظور در ابتدا قالب گچي مناسب را كه داراي عمر مشخص و درصد آب به گچ ثابت و معيني است آماده مي كنيم و يا اينكه مي توانيم از يك مدل مشخص در خط توليد استفاده كنيم بعد از بستن قطعات قالب، آنها را با كمك يك نوار پهن لاستيكي نظير تيوپ دوچرخه يا لاستيكي كه از تيوپ ماشين معمولي بريده شده است ، كاملا در كنار هم جذب و محكم كنيد . دو غاب حاصل را به داخل قالب گچي بريزيد . و بعد از مدت زمان مشخصي ،‌در نتيجه واكنشهاي متقابل بين دو غالب وقالب گچي ،‌لايه اي درمحل تماس دو غاب و قالب ايجاد مي شود .‌واضح است كه قطر لايه ايجاد شده بستگي به زمان توقف دو غالب در قالب دارد. بعد از گذشت مدت زمان مورد نظر ، دو غاب اضافي موجود قالب تخليه مي شود . اين زمان به طور عمده بستگي به قطر فراورده مورد نظر وسرعت ريخته گري دو غاب دارد . بايد توجه داشت كه تراكم قالب گچي نيز عامل موثري در زمان ريخته گري است . ولي براي ايجاد زمينه اي در ذهن دانش آموزان بايد اشاره شود كه با توجه به كليه عوامل موثر زمان ريخته گري به عنوان مثال براي فرآورده ها بهداشتي به قطر حدود 10 يا 11ميليمتر،‌معمولا حدود تا 2 ساعت ،‌براي ظروف غذا خوري از جنس ارتن و ريا پرسلان با قطر2 تا 3 ميليمتر ، حدود 15 تا 25 دقيقه و براي چيني استخواني به همين قطر حدود 2 تا 5 دقيقه است .سپس قالب و فرآورده شكل يافته در آن براي مدتي به حال خود گذاشته مي شود تا لايه ايجاد شده ،‌تا حدودي خشك و در نتيجه كوچكتر شود .(‌دراثر انقباض تر به خشك ) بعد از اين مرحله قطعه شكل يافته به راحتي از قالب جدا شده و مي توان آ نرا از داخل قالب گچي خارج كرد درهنگام تشكيل لايه در محل تماس قالب و دوغاب،‌حجم دو غاب موجود در غاب به مرور كمتر وكمتر مي شود . به همين دليل لازم است كه مجددا مقاديري دو غاب به داخل قالب گچي ريخته شود. با توجه به اينكه انجام اين عمل نيازمند نيروي انساني بيشتر و نيز مراقيت دايم است، در عمل قطعه اي در دهانه قالب گچي تعبيه شده كه اصطلاحا به آن ((‌حلقه 45)) گفته مي شود. اين حلقه باعث ايجاد ستوني از دو غاب برفراز قطعه ساخته شده مي شود. در نتيجه با كاهش حجم دو غاب موجود در قالب ،‌نيازي به اضافه كردن مجدد دو غاب نيست. در بعضي موارد به جاي تعبيه حلقه از قيف استفاده مي شود . حلقه ها مي توانند از جنس لاستيك و يا گچ باشند. در صورتي كه حلقه ها از جنس گچ باشند، در سطح داخلي حلقه ،‌در محل تماس دو غاب با گچ نيز لايه اي ايجاد ميشود . اين لايه اضافي و نيز ديگر قسمتهاي اضافي ( به عنوان مثال اضافات ايجاد شده در محل درز قالبها)‌در مرحله پرداخت بريده و جدا مي شوند . قالبهاي گچي به ندرت يك تكه هستند. بدين معني كه معمولا فراورده ها در قالبهاي چند تكه شكل مي يابند. از طرف ديگر در مورد بعضي از شكلهاي پيچيده لازم است مدل اصلي به چند قعطه مختلف تجزيه شده و هر يك از قسمتها جداگانه شكل بگيرند . سپس، بعد از خروج از قالبها به يكديگر متصل شوند. به عنوان مثال ، در مورد ظروف خانگي دسته فنجانها و يا لوله قوريها به صورت مجزا شكل يافته و پس از خروج از قالب، به بدنه اصلي چسبانده مي شوند . مرحله چسباندن قطعات در شكل دادن فراورده ها داراي اهميت زياد است . درشكل دادن به روش ريخته گري به صورت كاملا ساده نشان داده شده است . تعيين زمان ريخته گري دو غابي وسايل مورد نياز مواد اوليه مورد نياز تعداد پنج عدد قالب گچي دو غاب تنظيم شده ليواني كوليس يا ريز سنج كاغذ ميليمتري سيم يا فنر براي برش دادن خط كش كرنومتر مدت زماني كه دو غاب در داخل قالب باقي مي ماند ، در قطر لايه ايجاد شده ويا به عبارت ديگر در ضخامت بدنه خام ، تاثير بسيار زيادي دارد. بدني معني كه چنانچه دو غاب اضافي همچنان در قالب باقي مانده و تخليه نشود و اصطلاحا (( زمان بيشتر به دو غاب داده شود ))‌،‌قطر لايه ايجاد شده افزايش خواهديافت . بايد توجه داشت كه با گذشت زمان ،‌سرعت تشكيل ثابت نبوده و به مروركند تر مي شود . چرا كه در اين شرايط ،‌خود لايه ايجاد شده به صورت سدي در ماقابل نفوذ آب به داخل گچ ،‌عمل مي كند. همچنانكه مشاهده مي شود ، اين عامل كه اصطلاح (( ريخته گري)) به آن اتلاق مي شود، عامل مهمي درتعيين قطر بدنه خام (‌ودر نتيجه ديگر خصوصيات بدنه ) و نيز سرعت توليد است . به همين دليل ،‌يكي از مهمترين خواص دوغابها مقدار ( سرعت ريخته گري) آنها است. به طور مشخص ،‌سرعت ريخته گري عبارت است از ضخامت ايجاد شده در واحد زمان و عوامل موثر در ان كلا عبارتند از : فشار، درجه حرارت ،‌وزن مخصوص دو غاب و بالاخره مقاومت لايه ريخته گري شده در برابر عبورآب . دو عامل اخير وبخصوص آخرين عامل ، مهمترين مواردي هستندكه عملادرصنعت مورد توجه قرار مي گيرند . مقاومت لايه ريخته گري شده در برابر عبور آب ، خود به عوامل ديگري بستگي دارد كه به طور خلاصه عبارتند از:نوع و يا دانه بندي مواد و نيز چگونگي و يا شدت روان شدگي ( به عبارت ديگر تجمع و ياتفرق ذرات )ضمنا بايد توجه داشت كه در سرعت ريخته گري ،‌عوامل خارجي ديگري كه ربطي به خواص دو غاب ندارند نيز موثر هستند. مانند تراكم و يا تخلخل قالب گچي و درصد رطوبت موجود در آن.ضخامت لايه ايجاد شده رابطه مستقيم با جذر زمان ريخته گري دارد. بنابراين ،‌بين زمان و ضخامت لايه رابطه زير بر قرار خواهد بود: ويا در رابطه فوق ، 1ضخامت لايه ايجاد شده ( به ميلي متر )‌و t زمان (‌به دقيقه)‌وk ضريب ثابت است . به همين دليل سرعت ريخته گري معمولا به صورت بيان مي شود . رابطه فوق بدين معني است كه به عنوان مثال چنانچه ساخت فرآورده اي به ضخامت يك ميليمتر ،‌چهاردقيقه زمان احتياج داشته باشد، ساخت فراورده ديگر به ضخامت 2 ميليمتر در همان شرايط به شانزده دقيقه زمان نياز دارد. با اين توضيحات ، براي تعيين سرعت ريخته گري و در كنار آن زمان ريخته گري، به صورت زير عمل كنيد: نخست روي قالبهاي گچي به ترتيب شماره يك تا پنج بزنيد ، سپس دو غاب را به ترتيب در اولين قالب ريخته و بلافاصله كرنومتر را بزنيد .بلافاصله قالب گچي ديگر و درنهايت پنجمين قالب گچي را از دو غاب پركنيد. بعد از يك دقيقه اولين قالب را و بعد بترتيب زيرا قالبهاي ديگر را تخليه كنيد : بعد از اينكه آخرين قطرات دو غاب از چكه كردن باز ايستاد ،‌قالب را به حال خود بگذاريد و بعد از زمان مشخصي كه جداره تشكيل شده در اثر انقباض از قالب جدا شد، آن را از قالب بيرون آورد. با ريز سنج يا با كمك كوليس اندازه گيري كنيد.سپس با كمك كاغذ ميليمتر و با انتخاب دو محور xوy به ترتيبx را به عنوان زمان و y را به عنوان ضخامت با كمك نقطعه يابي رسم كنيد. در اين حالت با رسم 1 بر حسب خواهيد توانست ضريب خط را بدست آوريد كه همان سرعت ريخته گري است . و از انجا مي تونيد به راحتي هر ضخامتي را كه مي خواهيد ، تعيين و زمان آن را محاسبه كنيد. مثلا اگر سرعت ريخته گري 5/0 باشد،يعني ( ميليمتر مربع بر دقيقه) براي داشتن بدنه اي به ضخامت 8/0 سانتيمتر به صورت زير محاسبه مي كنيم . دقيقه َ 2.8 = 60 ÷ 128 يعني بايد 2 ساعت و 8 دقيقه زمان بدهيد تا جداره مورد نظر تشكيل شود.يكي از عوامل موثر درسرعت ريخته گري ، وزن مخصوص دو غاب و يا به عبارت ديگر نسبت بين مواد جامد و آب است . علاوه بر اين مورد افزايش مقار اب در دو غاب ريخته گري باعث اشباع سريعتر قالبها مي شود كه به نوبه خود خشك كردن كامل قالبها باعث فرسودگي سريعتر آنها و نهايتا كاهش بازدهي قالبهامي شود . وزن مخصوص دو غابهاي ريخته گري بايد حتي المقدور بالا باشد. علت اساسي استفاده از روان كننده ها در دوغابهاي ريخته گري ،‌همين مورد است . چرا كه بدون استفاده از روان كننده ها تهيه دو غابهايي با وزن مخصوص بالا ، تقريباً غير ممكن است . به همين دليل يكي از خواص مخصوص آنها است . در توليد فرآورده هاي سراميك ظريف به طور معمول وزن مخصوص دو غاب ريخته گري بين 5/1 تا است. يكي ديگر از خصوصيات بسيار مهم در دو غابهاي ريتخه گري و يسكوزيته آنهاست .ويكسوزيته يك دو غاب علي رغم وزن مخصوص بسيار بالاي آن بايد درحدي باشد كه درمقياس صنعتي ، دوغاب به راحتي از الكها و يا خطوط لوله عبور كند و درعين حال بتواند تمامي زواياو گوشه هاي قالب را پركند. مساله مهم درارتباط بين وزن مخصوص ويسكوزيته و روان كننده اين موضوع است كه اگر چه تغييرات وزن مخصوص ويا به عبارت ديگر مقدار آب و نيز تغييرات مقدار روان كننده در ويسكوزيته موثر هستند. ولي تغييرات مقدار روان كننده در مقدار وزن مخصوص بيتاير است ودر نتيجه در خطوط توليد كارخانه ها ،‌با اندازه گيري و يسكوزيته و وزن مخصوص در بسياري موارد مي توان به تغييرات مقدار روان كننده پي برد. علاوه برسرعت ريخته گري ،‌وزن مخصوص و ويسكوزيته عامل ديگري نيز دردو غاب بدنه خام اهميت دارد و آن تيكسو تروپي است ؛ خاصيت تيكسوتر را به طور خلاصه مي توان به صورت ‍«افزايش ويسكوزيته دو غاب دراثر سكون و ركود و كاهش ويسكوزيته دراثر هم خوردن» تعريف كرد. دو غابي كه داراي تيكسوتر و پي زيادي است بلافاصله بعد از هم خوردن ممكن است داراي رواني مناسبي باشد. ولي بعد از مدتي سكون ، ويسكوزيته آن به شدت افزايش مي يابد. افزايش ويسكوزيته در اثر خاصيت تيكسوتروپي، گاه به حدي است كه چنانچه ظرف حاوي دو غاب بعد از مدتي سكون ،‌وارونه شود، دو غاب داخل آن از ظرف خارج نمي شود. در دو غابهاي ريخته گري به طور معمول مقادير كمي تيكسوتروپي مطلوب است. چراكه تيكسوتروپي باعث افزايش سرعت ريخته گري شده و درعين حال استحكام و ثبات خاصي را در قطعه ريخته گري شده ايجاد مي كند.( بايد دقت شود كه منظور ، ايجاد استحكام و در حالت پلاستيك است ( درصورتي كه استحكام خشك مد نظر باشد، خلاف اين موضوع صحيح است . بدين معني است كه رسهاي روان شده به دليل تراكم بيشتر داراي استحكام خشك بسيار بيشتري هستند. استحكام خشك زيادتر فرآروده هايي كه به روش ريخته گري شكل مي يابند نيز به همين دليل است ). از طرف ديگر وجود مقدار زيادي تيكسوتروپي دردوغاب نيز باعث بروز اشكالاتي مي شود؛ تيكسوتروپي زياد در دو غاب باعث سست شدن فراورده ريختهگري مي شود ،‌به نحوي كه چنين فرآورده هايي را مي توان به راحتي تغيير شكل داده و با تكان دادن ممكن است مجددا به دو غاب تبديل شوند. به عنوان يك قانون كلي ، روان كننده ها نه تنها باعث كاهش ويكسوزيته مي شوند، بلكه تيكسوتروپي رانيز كاهش مي دهند. بنابراين ،‌مقدار مصرف روان كننده بايد به نحوي تنظيم شود كه با ايجاد بيشترين مقدار رواني ، مقادير كمي تيكسوتروپي در دو غاب ايجاد شود. دليل استفاده مشترك از سليكات و كربنات سديم به عنوان روان كننده همين مورد است. سيليكات سديم اگر چه باعث رواني دو غاب مي شود. ولي تيكسوتروپي ار ينز به طور كامل از بين مي برد . در حالي كه كربنات سديم درعين حال كه باعث كاهش ويسكوزيته مي شود، مقادير كمي تيكسوتروپي در دو غاب باقي ميگذارد. استفاده توام از اين دو روان كننده باعث ايجاد بيشترين حد رواني و در عين حال وجود مقدار كمي تيكسوتروپي در دو غاب مي شود.
روشهاي ساخت ماهيچه هاي سراميكي: ماهيچه هاي سراميكي به خاطر دقت ابعادي بالا در ريخته گري قطعات دقيق به كاربرده مي شوند. اين ماهيچه ها به دو روش دو غابي و فشاري ساخته مي شوند كه از نظر نوع نسوز يكسان بوده ولي چسبهاي آنها با هم تفاوت دارد. دو روش ساخت ماهيچه ها در ذيل به اختصار شرح داده مي شود:
الف ) ماهيچه هاي ساخت سراميك به روش دو غابي در اين روش يك مدول مومي به شكل ماهيچه موردنظر ( با احتساب انقباضات موم و مواد سراميكي پس از خشك شدن) ساخه مي شوند. پس اين مدل مومي را در داخل يك قالب مي گذاريم به طوريكه يك قسمت از مدل جهت خروج موم و وارد كردن دو غاب سراميك به آن درنظر گرفته شود. پس دو غاب گچي آماده شده را در درون قالب حاوي مدل مومي مي ريزيم و پس ازسفت شدن دو غاب گچ آنرا از قالب خارج كرده و در خشك كن قرار مي دهيم پس از خشك شدن قالب گچي مدل مومي را ذوب كرده و از قالب گچي خارج مي نماييم. دو غاب سراميكي تهيه شده به نسبت 70% پودر نسوز و 30% آب را درون قالب گچي تهيه شده مي ريزيم و پس ازخشك شدن مواد سراميكي قالب گچي را شكسته و ماهيچه سراميكي شكل گرفته را خارج مي نماييم . اين ماهيچه را پس از خشك كردن در دمايي حدود950 درجه سانتي گراد پخت مي كنيم. ماهيچه تهيه شده پس از پخت كامل و خنك شدن آماده استفاده مي باشد. قابل ذكر است كه چسبهاي مورد استفاده دراين روش از نوع سيليكاتها مي باشد ونسوز مصرفي داراي عدد ريز دانگي 200يا325 مش است.
بـ )ساخت ماهيچه هاي سراميكي به روش فشاري: در اين روش پودر نسوز مورداستفاده كه ازنوع زيركني يا آلومينيايي يا آلوميناسيليكاتي مي باشد را با رزين مخصوص(موم و..)‌مخلوط كرده و به صورت خمير در مي آوريم خمير تهيه شده ار در درون قالب ماهيچه كه عمدتااز جنس فلز مي باشدبه روش فشاري تزريق مي كنيم . ماهيچه تهيه شده را حرارت داده تا به آرامي موم آن خارج گردد. سپس اين ماهيچه رادر دماي 950 درجه سانتيگراد تحت عمليات نهايي پخت قرار مي دهيم. پس ازپخت كامل ماهيچه و خنك نمودن آن تا دماي محيط ماهيچه مذكور مورد استفاده قرار مي گيرد.

منبع سایت متالورژی

[Sara12]

ريخته گري تحت فشار

ريخته گري تحت فشار نوعي ريخته گري مي باشد كه مواد مذاب تحت فشار بداخل قالب تزريق مي شود . اين سيستم بر خلاف سيستم ريژه كه مذاب تحت نيروي وزن خود بداخل قالب مي رود امكانات توليد قطعات محكم وبدون مك مي باشد. دايكاست كوتاهترين راه توليد يك محصول از فلز مي باشد .

http://forum.patoghu.com/images/poti/2009/01/413.gif

مزاياي ريخته گري تحت فشار:


1-توليد انبوه و با صرفه


2-توليد قطعه مرغوب باسطح مقطع نازك


3-توليد قطعات پيچيده


4-قطعات توليد شده در اين سيستم از پرداخت خوبي بر خوردار است.


5-قطعه توليد شده استحكام خوبي دارد.


6-در زمان كوتاه توليد زيادي را امكان مي دهد.




معايب ريخته گري تحت فشار :


1-هزينه بالا


2-وزن قطعات در اين سيستم محدويت دارد حداكثر 3 8 K g


3-از فلزاتي كه نقطه ذوب آنها در حدود آلياژ مس مي باشد مي توان استفاده نمود.



ماشينهاي دايكاست:

اين ماشينها دو نوع كلي دارند:


1-ماشينهاي با محفظه تزريق سرد: cold chamber در اين نوع سيلندر تزريق خارج از مذاب بوده و فلزاتي مانند A L و C u و m g تزريق مي شود و مواد مذاب توسط دست به داخل سيلندر تزريق منتقل مي شود .


2-ماشينهاي با محفظه تزريق گرم : Hot chamber در اين نوع سيلند تزريق داخل مذاب و كوره بوده و فلزاتي مانند سرب خشك و روي تزريق مي شود و مذاب اتوماتيك تزريق مي شود.


محدوديتهاي سيستم سرد كار افقي:

1-لزوم داشتن كوره هاي اصلي و فرعي براي تهيه مذاب و رساندن مذاب به داخل سيلندر تزريق


2- طولاني بودن مراحل كاري


3-امكان بوجود آمدن نقص در قطعه بدليل افت حرارت مذاب آكومولاتور يك سيلندر دو طرفه بازشوكه داخل آن يك پيستون شناور وجود دارد كه يك سمت آن فشار گازاز نوع گاز بي اثر مانند گاز ازت كه در سيستم با D Oمشخص مي باشد ، تحت فشار است و در سمت ديگر فشار روغن كه در سيستم با P N مشخص مي باشد.

وظيفه آكو مولاتور:

چون پيستون شناور آكومولاتور بوسيله فشار روغن شارژ شده است و پشت آن هم فشار متراكم گاز وجود دارد در زمان تزريق وقتي فشار روغن در يك سمت كم مي شود . فشار گاز با سرعت زيادي پيستون را به سمت روغن هدايت نموده و باعث سرعت زيادي در ضربه دوم تزريق شده و مذاب را در مدت زمان كوتاه بداخل حفره قالب مي راند .


نقش آكومولاتور:

اگر اين اجزاء عمل نكند و در واقع نقشي در تزريق مذاب نداشته باشد قطعات داراي مك و بد تزريقي بوده و استحكام لازم راندارد.


بسته نگه داشتن قالب : (قفل قالب D I E L O C K )

فشارهايي كه در ريخته گري تحت فشار در فلز مذاب به وجود مي آيند مستلزم داشتن تجهيزات ويژه جهت بسته نگهداشتن قالب مي باشد تااز فشاري كه براي باز كردن قالب در طي تزريق بوجود مي آيدوباعث پاشيدن فلزاز سطح جدا كننده قالب مي شود اجتناب شده و تلرانسهاي اندازه قطعه ريختگي تضمين گردد. قالبهاي دايكاست بصورت دو تكه ساخته مي شوند يك نيمه قالب به كفشك ثابت ( طرف تزريق) و نيمه ديگر به كفشك متحرك ( طرف بيرون انداز) بسته مي شود . قسمت متحرك قالب بوسيله ماشين روي خط مستقيم به جلو و عقب مي رود و به اين ترتيب قالب دايكاست باز و بسته مي شود. بسته نگهداشتن هردونيمه قالب طی تزريق ،بسته به طراحي ماشين ريخته گري تحت فشار با روشهاي مختلف صورت مي گيرد. يك روش اتصال با نيرو است كه از طريق اعمال يك نيروي هيدروليكي بر كفشك متحرك به وجود مي آيد.روش ديگر،اتصال با فرم به كمك قفل و بند هاي مكانيكي صورت مي گيرد اين قفل و بند ها فقط با يك نيروي كوچك پيش تنش كار مي كنند . در هر دو مورد يك بسته نگهدارنده ايجاد مي گردد كه با نيروي به وجود آمده باز كننده در قالب دايكاست مقابله مي كند. نيروي باز كننده نتيجه فشار تزريق است كه هنگام پر كردن قالب ايجاد مي گردد.


سيستم قفل قالب به روش اتصال با نيرو معمولا شامل قسمتهاي زير است :


1-دوميز ثابت جلو و عقب و يك ميز متحرك مياني


2-چهار عدد بازوي راهنما و هشت عدد مهرة فيكس


3-سيلندر محرك ميز متحرك


قدرت قفل شوندگي قالب بستگي به موارد زير دارد:


1-قدرت پمپ


2-قدرت سيلندر محرك ميز


3-قدرت چهار عدد ميله راهنما


4-زاويه شيب گوه ها

[Sara12]

رویکرد نانوتکنولوژی

مقدمه

علم نانو (Nano - science) و فناوری متکی بر آن یا به اختصار ، فناوری نانو (Nano - technology) در کنار علوم و فناوریهای مرتبط با زیست شناسی و ژنتیک مولکولی ، علوم و فناوری اطلاعات ، مولفه‌های انقلاب سوم علمی - صنعتی عصر جدید را تشکیل می‌دهند. این انقلاب ادامه منطقی انقلابهای علمی اول و دوم است که منجر به پیدایش علوم و فناوریهای مقیاسهای ماکرو و میکرو گشتند.

انقلاب سوم و بویژه مولفه‌های علوم و فناوری مقیاس نانو در آن برای اولین بار در تاریخ جوامع بشری امکان دستکاری و دخالت عمدی و اختیاری در خواص و سازماندهی ماده فیزیکی و اساسی‌ترین سطوح آن ، یعنی مقیاسهای زیر اتمی و مولکولی را فراهم خواهد آورد.

نقش نانو ساختارها در فناوری نانو

علم نانو ایجاد دانشهای بنیادی برای اعمال کنترل کامل بر ساختار و عملکرد ماده فیزیکی در مقاسهای اتمی و مولکولی را هدف خود برای اعمال کنترل کامل بر ساختار و عملکرد ماده فیزیکی در مقیاسهای اتمی و مولکولی را قرار داده است و فناوری نانو نوید می‌دهد که این دانشها در آینده‌ای نه چندان دور در قالب مهندسی در آیند.
از طریق فناوری نانو خواهیم توانست با جایگذاری تک اتمها و تک مولکولها در کنار یکدیگر از پایین به بالا ساختارهای نوینی را که به نانو ساختارها (nano - structures) موسوم‌اند. و دارای خواص و عملکردهای کاملا نوین می‌باشند بوجود آوریم. با استفاده از این ساختارها دستگاهها ، ادوات و قطعات فوق ریزی که در مقیاسهای طولی و زمانی بسیار تقلیل یافته فعالیت می‌کنند، تولید نماییم. نانو ساختارها سنگ بنای فناوری نانو هستند.


از نظر اندازه در فاصله بین ساختارهای مولکولی و ساختارهای میکرونی قرار دارند. از تعداد قابل شمارشی از اتمها تشکیل می‌شوند و نسبت سطح به حجم آنها بسیار بالاست. شکل جدیدی از ماده فیزیکی‌اند که برای درک خواص آنها بویژه خواص الکترونی و مقیاسی آنها باید به مفاهیم بسیار پیشرفته مکانیک کوانتومی دستگاههای بس ذره‌ای متوسل شد. از آنجایی که خواص مواد قویا به اندازه اجزا تشکیل دهنده آنها یا ریز دانه‌های آنها وابسته است. موادی که ریز دانه‌های آنها در مقیاس نانو طراحی می‌شوند از کیفیتهای نوینی برخورد دارند که در مواد معمولی موجود نیستند.
نانو ساختارها در همه زمینه‌ها به چشم می‌خورند. چه در دستگاههای زنده و چه غیر زنده. وجود نانو ساختارهای زیستی از قبیل آنزیمها ، گواه بر این واقعیت است که طبیعت خود بهترین شکل فناوری مقیاس نانو را بوجود آورده است. علوم سنتی یعنی فیزیک ، شیمی ، ریاضیات ، ژنتیک ، علم مواد ، مهندسی پزشکی ، که در مقیاسهای ماکرو و میکرو حوزه‌های فعالیت مجزا و مستقلی هستند، در مقیاس نانو به سمت اصول ، ساختارها و ابزارهای واحدی گرایش می‌یابند.

انواع رویکردهای نانو تکنولوژِی

در نتیجه ، علوم فناوری نانو عمیقا میان رشته‌ای بوده و دستاوردهای بس شگرفی برای بشریت خواهند داشت و افقهای کاملا جدیدی را برای پیشرفت و بهروزی جوامع و مبارزه موثر با بیماریها و گرسنگی خواهند گشود. رسیدن به مقیاس نانو از طریق رویکرد از پایین به بالا یکی از گزینه‌های علم و فناوری نانو است. رویکرد دیگر در علم فناوری نانو ، رویکرد از بالا یه پایین ، یا بیرون کشیدن نانو ساختارها از درون ساختارهای بزرگتر است. این رویکرد به نام برنامه کوچک سازی (miniaturization program) مشهور گشته است و همراه با رویکرد اول ، بسترهای اساسی برای پیشرفت برنامه عظیم جهانی علوم فناوری نانو هستند.

علوم فناوری نانو ، همراه با فناوری زیسی متکی بر ژنتیک مولکولی که در برنامه بزرگ ژنوم انسانی متجلی گشته است. و فناوری اطلاعات که با پیشرفت عظیم قدرت محاسباتی رایانه‌ها ، در شکل ابر رایانه‌ها سکوهای گرافیک محاسباتی و رایانه‌های فردی ، جهش‌وار به پیش می‌رود. مبانی علم و فناوری قرن بیست و یکم را تشکیل می‌دهند و سیمای پیشرفت جوامع بشری را تا حداقل پنجاه سال آینده ترسیم می‌کنند.

فناوری نانو در آینده نه چندان دور

واقعیت این است که بشر در آستانه بزرگترین تحول و دگرگونی تاریخ خود قرار دارد و این تحول همه چیز را در همه عرصه‌های زندگی بشر ، بطور انقلابی دگرگون خواهد ساخت. فناوری نانو ، جهان را در آستانه بزرگترین انقلاب تاریخ قرار داده است. در سایه انقلاب فناوری نانو توانمندیهای تازه‌ای در تولید و کاربرد ابزار میکرو الکترونیک یکی پس از دیگری پدیدار خواهد شد. با استفاده از این فناوری ابزار و وسایل لازم با بهره گیری از روشهای ساخت مولکولی مشابه با آنچه در اندام انسانی روی می‌دهد تولید می‌شوند.

پیامدهای فناوری نانو با توجه به این نکته که این فناوری می‌تواند در نقطه تلاقی دانش اطلاعات و دانش زیستی عمل نماید کاملا حیرت انگیز خواهد بود. رایانه‌های مولکولی با اجزا ارگانیک و زنده در تماس و ارتباط خواهند بود. انسانها در 25 سال آینده وسایل اطلاع رسانی شخص خود را در حالی با خود حمل خواهند کرد که آن را به نوعی پوشیده‌اند و نیروی لازم برای آن را از انرژی جنبشی ناشی از راه رفتن خود تامین می‌کنند.
محط کار ما بطور مجازی و مطابق نیاز و سلیقه ما همه جا همراه خواهد بود و مردم همه دنیا با حجم زیادی از اطلاعات در هر زمان و مکان قابل دسترسی خواهند بود. هنگام سفر نیز خودروهای رایانه‌ای و هوشمند خود راننده در ارتباط شبکه‌ای با پایگاههای مرکزی بوده و دسترسی دائمی به آخرین اطلاعات مورد نیاز امکان پذیر خواهند نمود و قبل از رسیدن به خانه و لوازم منزل و محیط خانه را با برنامه ریزی و ارتباط با یکدیگر مطابق دلخواه ماآماده خواهند کرد.

در زمینه فناوری میکرو الکترومکانیکها (MEMS) ما به وسایلی دست پیدا خواهیم کرد که در آنها حسگرها و فرستنده‌ها و گیرنده‌ها در حداقل اندازه خود بوده و با چنین وسایلی زندگی ما به شدت متحول خواهد شد. به عنوان نمونه هنگام بیماری پزشکان همزمان با ما و یا حتی زودتر از ما از آن آگاه خواهند شد. در زمینه فناوری زیستی امکان همانند سازی انسان و سایر موجودات زنده گزینش جنسیت و حتی صفات خاص در نوزادان فراهم شده و امکان درمان بسیاری از بیماریهای حاد و مزمن حسی عصبی با فناوری کشت سلولی مقدور خواهد شد.

نانو تکنولوژی در ایران

برای کشور در حال توسعه ایستایی نظیر کشور ما نیز گزینش استراتژی فرا صنعتی علاوه بر حیاتی و اجتناب ناپذیر بودن آن ، این حسن را نیز دارد که توجه جامعه را از مسائلی انحرافی و مشکلات کاذبی نظیر منازعه کهنه و نخ نما شده 250 ساله طرفداران سنتگرایی و مدرنیسم ، آن هم از نوع سطحی و عوامانه و کپی برداری شده‌اش که مربوط به مناسبات سپری شده سرمایه داری تا جز (نه تجاری) و صنعتی هستند.


کمتر کشوری در جهان است که نیروی انسانی مستعد و شرایط و امکانات مناسب برای پیشرفت و توسعه را همانند کشور ما به یکجا داشته باشد. شاید با قرار دادن هدف شفاف و روشنی در برابر جامعه ، مردم انگیزه کافی برای جنبش و حرکت پیدا کند و اقتصاد بیمار مبتنی بر دلالی جای خود را به یک اقتصاد دانش‌ محور بدهد، مردمی که در پیدایش تمدن کشاورزی نقش برجسته‌ای داشتند و دستاوردهای آن را در سیاهترین دوره تاریخی غرب (قرون وسطی) در زیر سم ستوران قبایل وحشی مهاجم حفظ کردند و آنرا به تمدن صنعتی تحویل دادند.

اینکه این شایستگی را دارند که در ایجاد و پی ریزی یک دوره تاریخی جدید نقش برجسته‌ای ایفا کنند و از مردم هوشمند ایران غیر از این نیز انتظار نمی‌رود و تنها در اینصورت است که می‌توان انتظار داشت. نه فقط در عرصه علم بلکه در همه جنبه‌های تمدن و فرهنگ همانند دوره میترائیسم تا قرنهای اول تمدن اسلامی که سراسر مناطق شناخته شده زمین از ژاپن و چین تا انگلستان و از زنگبار تا اسکاندیناوی از تمدن ما تاثیر پذیرفتند و این بار نیز به جای انفعال و تاثیر پذیری در سراسر جهان تاثیر گذار باشیم و مهر خود را بر پای تمدن فراصنعتی بکوبیم.

چشم انداز علم نانو تکنولوژی

انقلاب جهانی تکونولوژی با تغییرات اجتماعی ، اقتصادی ، سیاسی و فردی در سراسر جهان همراه است. همچون انقلابهای کشاورزی و صنعتی در گذشته ، این انقلاب تکنولوژی نیز از پتانسیل دگرگون سازی کیفیت زندگی و طول عمر ، متحول سازی کار و صنعت ، تغییر و تبدیل ثروت ، جابجایی قدرت در سطح ملتها و در درون ملتها و افزایش تنش و تعارض برخوردار است.

پیامدهای انقلاب یاد شده بر سلامی بشر شاید شگفت آورترین آنها باشد. چرا که خط ***یهای علمی کیفیت و طول زندگی انسان را به مراتب بهتر خواهند کرد. بیوتکنولوژی نیز ما را قادر خواهد ساخت ارگانیزمهای زنده از جمله خودمان را شناسایی نموده ، چگونگی فعالیتشان را درک کنیم، آنها را دستکاری کرده ، بهبود بخشیده و تحت کنترل در آوریم. تکنولوژی اطلاعات امروزه بویژه در کشورهای توسعه یافته تحولات انقلابی برای زندگی ما به ارمغان آورده و خود عامل توان آفرین عمده‌ای برای سایر روندها به شمار می‌رود.

تکنولوژی مواد ، تولید محصولات ، قطعات و سیستمهای ارزانتر ، هوشمندتر ، چند منظوره سازگار با محیط زیست ، ماندگارتر و سفارشی‌تر از مسیر خواهد ساخت. علاوه بر این مواد هوشمند ، ساخت و تولید چالاک و نانو تکنولوژی ، تولید وسایل را متحول ساخته و توانمندیهای آنها را بهبود بخشید. انقلاب تکنولوژی از حیث اثرات جهانی یکسان عمل نخواهد کرد و بسته به میزان استقبال از آن سرمایه گذاری و مسائل متعددی همچون بیواخلاق ، حریم خصوصی ، نابرابری اقتصادی ، تهاجم فرهنگی و واکنشهای اجتماعی تنشهای متفاوتی ایفا خواهد نمود.
اما راه بازگشتی وجود ندارد، چون برخی جوامع فرصت را غنیمت شمرده ، از انقلاب یاد شده سود برده و محیط زندگی همه جوامع را دستخوش تغییر خواهد کرد.

[Sara12]

نگاهي بر انواع فلزات

آلومینیوم (Aluminum)



آلومینیوم فراوان ترین فلز و سومین عنصر ِفلزّی است که به مقدار زیاد ، در پوسته ی زمین یافت می شود . آلومینیوم در طبیعت به صورت «آلومینیوم سیلیکات» پایدارAl(SiO3)3 و آلمینیوم هیدرواکسید Al(OH)3 وجود دارد . در دوران باستان یونانی ها زاج که یکی از فراوان ترین کانی های آلومینیوم است را می شناختند و از آن به عنوان داروی قابض در پزشکی و به عنوان ثابت کننده ی رنگ در رنگرزی استفاده می کردند . با این همه از شناخت آلومینیوم ، یکصد و هفتاد سال (1827)نمی گذرد .

آلومینیوم هیدرواکسید (Bauxite) یک نوع خاک اوره است که در آن عنصر های آلومینیوم بسیار غنی ای وجود دارد . (حدود 50درصد این فلز تشکیل شده است .) البته در این خاک ناخالصی هایی مانند : سیلیس (SiO2) ، اکسید های آهن و اکسید تیتانیوم(TiO2) وجود دارد .

آلومینیوم کشف شده «آلومین» نامیده می شود . آلومین یک ماده ی سخت ، شامل آلومینیوم و اکسیژن است . چون دمای ذوب آلومین زیاد است ، (در حدود 2050 درجه سلسیوس) الکترولیز آن در حالت مذاب بسیار دشوار است ؛ به این دلیل آن را در کریولیت (Na3AlF6) نمکِ مذاب حل می کنند و به این ترتیب مخلوطی به دست می آید که دمای ذوب (بین 960 تا 980 ) پایین تری دارد . سپس آن را از یک جریان الکتریکی قوی عبور می دهند تا اکسیژن آن کاملاً جدا شود . البته لازم به ذکر است که کریولیت در الکترولیز شرکت نمی کند و فقط دمای ذوب را پایین می آورد .

همچنین در این مرحله انرژی زیادی صرف می شود .

برای تولید Kg1 آلومینیوم ، Kg6 بوکسیت (Bauxite) ، Kg 4 محصولات شیمیایی و KW 14 برق نیاز است . در حالی که برای بازیافت آن 5% انرژی لازم است و فقط 5% دی اکسید کربن تولید می کند . جالب است اگر بدانید که مقدار انرژی که از بازیافت یک قوطی کنسرو ذخیره سازی می شود ، می تواند یک تلویزیون را به مدت سه ساعت روشن نگه دارد .

محصولات اپتدایی آلومینیوم در دنیا سالانه برا بر با 24000000 تن می باشد . کشوری که در جهان بیشترین مقدار آلومینیوم را تولید می کند ، استرالیا است . البته کشور هایی مانند : جامایکا ، برزیل ، گینه ، چین و قسمت هایی از اروپا در تولید این محصول نقش مهمی را ایفا می کنند .

شرکت های بازیافتی اغلب آلومینیوم را از شرکت های صنعتی ، مسقیم خریداری می کنند . بسیاری از کارخانه ها این فلزّات را ذوب می کنند و نا خالصی های آن را جدا کرده و در قالب های مختلف ریخته گری می کنند .

حجم بیشتری از این قطعات ریخته گری شده توسط کارخانه های خودرو سازی و هواپیما سازی مصرف می شود وبرای ساخت سر سیلند و مواردی از این قبیل کاربرد دارد .

در ایالات متحده ی آمریکا بازیافت آلومینیوم از قطعات خریداری شده در مقایسه سال 2001 با2000 تا 14% کاهش پیدا کرده است . 98/2 تن از فلزات بازیافتی را ، 60% از قطعات کارخانه ای و 40% از محصولات آلومینیومی کم ارزش تشکیل می دهد . این موضوع نشان دهنده این است که در سال های اخیر به بازیافت زباله های خانگی توجه بیشتری شده است .

بسیاری دیگر از شرکت ها ، بازیافت قوطی ها را انجام می دهند . بسیاری از این قوطی ها به صورت ورقه های آلومینیومی بازیافت می شوند و دوباره به صورت قوطی های نوشابه در می آیند . گزارشات نشان می دهد که آمریکا حدود 55600000 تن ، قوطی آلومینیومی را بازیابی کرده است و این مقدار باعث صرفه جویی های بسیاری در هزینه ها شده است .

آلومینیوم دارای خواصّی است که موجب شده ، بیش از اندازه مورد توجه قرار گیرد . این خواصّ عبارت اند از:

1- کاهندگی آلومینیوم

2- چگالی کم

3- رسانش گرمایی بالا و مقاومت حرارتی بالا

4- سازش پذیری با مواد غذایی








برلیوم (Beryllium)



برلیوم در مواد بسیاری به کار می رود و خصوصیت های آن مانند :وزن کم و سختی زیاد باعث شده که مورد توجه قرار گیرد . در سال 2001 آمریکا یکی از سه کشور دارنده کانی های برلیم بود . این فلز در صنایع نظامی و دفاعی ، هوافضا و مدارهای الکتریکی متراکم کاربرد بسیاری دارد . هزینه های زیاد این فلز منجر به این شد تا فقط برای کار های دقیق مورد استفاده قرار گیرد .

ترکیباتی مانند : گرافیت (سرب سیاه) ، برنز ( آلیاژ قلع و مس ) ، فسفر ، فولاد و تیتانیوم می توانند جانشینی برای برلیوم باشند ؛ اما فقدان اساسی در عملکرد آن ها وجود دارد .

در سال 2001 مصرف آشکار برلیم در ایالات متحده حدود 230 تن بوده است .

کاربرد فراوان این فلز بود که موجب شد بازیافت آن مورد توجه بسیاری از کشور ها قرار گیرد . البته استفاده پراکنده این فلز باعث شده است تا مقدار زیادی از آن به هدر رود .

(بسیاری از فلزات از جمله برلیوم به دلیل اینکه در کشور ما به طور محدود به کار می روند ، همچنین مقدار آن کم است و منابع چشمگیری از این فلز در ایران وجود ندارد بازیافت نمی شوند و به همین دلیل اطلاعات محدودی از بازیافت این فلزات برای ما دانش آموزان وجود دارد .)





کادمیوم (Cadmium)



تخمین میزان کادمیوم بازیابی شده یا ثانویه برای دلایل متعددی کار دشواری است امّا میزان کلی کادمیوم بازیابی شده در سال 2001 تخمین زده شده است در حدود 10% تولید اولیّه دنیا بوده است . بازیافت کادمیوم ، صنعت جوان و در حال رشدی است که از هدر رفتن کادمیوم موجود جلوگیری می کند ؛ چراکه حدود 25% کادمیوم موجود در باطری های نیکل- کادمیوم به کار رفته است و این باطری ها به سهولت قابل بازیافت هستند . در نتیجه بیشتر کادمیوم های ثانویه در اثر مصرف این باطری ها وبازیافت آن به دست می آید . شکل دیگری از کادمیوم که به سهولت قابل بازیافت است ، خاکِ دودکش به وجود آمده در طول گالوانیزه کردن ( روی اندود کردن) قطعات فولاد در کوره های چرخان الکتریکی است . سایر کاربرد های کادمیوم در موادی است که محتوای کادمیوم آن هابسیار کم است ؛ در نتیجه مقداری از کادمیوم موجود از بین می رود .

در سال 2001 میزان تولید کادمیوم ثانویه در ایالات متحده حدود 200 تن بوده است .

شرکت به ثبت رسیده احیاء فلزّات بین المللی در شهر اِل وُود ، پنسیلوا نیا ، تنها شرکت بازیافت کادمیوم در ایالات متحده بوده است . هر چند کارخانه در سال 1978 راه اندازی شد اما تا سال 1996 شروع به کار نکرد .

برای بازیافت کادمیوم ، باطری های بزرگ معمولی با وزن بیش از Kg 2 که شامل 15% کادمیوم می شود ، را خالی می کنند و کادمیوم آنها را که به شکل صفحاتی و به طور مستقل هستند را به کوره ها می برند و طی فرآیند "HTMR" بادرجه حرارت بالا ذوب می کنند . باطری های مهر شده ی کوچکتر را با حرارت کمتر و فرآیند "HTMR" ذوب کرده و در قالب هایی می ریزند و به این صورت بازیافت می شود . در نتیجه کادمیوم ثانویه دارای خلوص 96/99% می باشد که به کارخانه ی باطری سازی باز گردانده می شود .





کروم (Chromium)



عمده ترین استفاده کروم در فولاد ضد زنگ است . برای تولید کروم ؛ کانی فلزی کرومیت را درون کوره های ذوب فلزّات قرارمی دهند تا فروکروم ساخته شود . آلیاژ آهن- کروم را که از حذف اکسیژن کرومیت به دست می آورند ، آلیاژ آهن ضد زنگ است . قطعه ای از فولاد ضد زنگ می تواند به عنوان منبعی از کروم ، جایگزین فرو کروم شود . فولاد ضد زنگ مرکّب از دو طبقه بندی بزرگ است : آستِنیتِک و فریتِک . اسامی مذکور مربوط به ساختار مولکولی فولاد است است و مشخص می کند که کدام – در چه مقدار – نیازمند نیکل است (آستنیتک) و کدام به نیکل نیازی ندارد (فریتک) . فولاد ضد زنگ مهمترین منبع بازیافت کروم است و کارخانه بازیافت از این نوع فولاد به عنوان منبعی از کروم و نیکل استفاده می کند . بنا براین واحد های کروم زمانی که فولاد ضد زنگ دوباره استفاده می شود ، بازیابی می شوند . مطالعه ی فولاد ضد زنگ نشان می دهد که 17% از محتوای آن را کروم تشکیل می دهد .





کبالت (Cobalt)



کبالت کهنه در طول ساخته شدن و یا در اثر کاربرد های زیر به دست می آید:

1- وقتی که به عنوان کاتالیزگر در صنایع شیمیایی یا تولید نفت کاربرد دارد .

2- وقتی که به عنوان کربیدهای سیمان پوشیده در برش استفاده می شود یا به عنوان ضد سایش به کار می رود .

3- وقتی که به عنوان آلیاژ مغناطیسی و ضد سایش کاربرد دارد .

4- وقتی که به عنوان ابزار های فولادی استفاده می کنند .

منابعی که کبالت از آن بازیافت می شود عبارت است از : آلیاژ ها ، کبالتخالص ، پودر فلزی کبالت و مواد شیمیایی . در سال 2001 در ایالات متحده ، در حدود 2740 تن کبالت مصرف شده و مقدار قابل توجهی از آن بازیافت شده





مس (Cooper)



مس از اولین فلزاتی است که مورد استفاده بشر قرار گرفته است و هنوز هم از پر مصرف ترین فلزات درون کشور ماست . تحقیقات نشان می دهد که ایران بر روی کمربند مس جهانی قرار دارد که از جنوب شرقی ایران آغاز شده وتا شمال غربی و نواحی آذربایجان ادامه می یابد . همین امر موجب شده است تا استخراج این فلز نسبت به بازیافت آن بیشتر مورد توجه قرار گیرد .

گروه مطالعه مس بین المللی در سال 2002 برآورد کرد که میزان تولید جهانی مس تصفیه شده ی ثانویه 15% کاهش داشته است . طبق مطالعات وتحقیقات 07/3 میلیون تن مس مستقیمأ از دوباره ذوب کردن قطعات مس بازیابی می شود .





گالیوم (Gallium)



به دلیل بازده کم در مراحل تولید گالیم به وسایل الکترونیکی مطلوب ، قطعه جدید در طول تولید به وجود می آید . این قطعات با محتوی و ناخالصی متفاوت ، دارای مقداری گالیوم هستند . گالیوم- آرسنید به شکل قطعه ی پایه ،حجمی را از فلزّات بازیافتی تشکیل می دهد .در طول تولید گالیوم ضایعاتی طبق مراحل مختلف خلق می شود . در هنگام تبدیل گالیوم به شمش ، اگر ساختار بلوری خود را از دست دهد یا از حد استاندارد های تعین شده کمتر باشد ، آن ها را دوباره ذوب می کنند تا شمش مورد نظر ، به دست آید . پس از تولید این شمش ها آن ها را بریده و به صورت صفحاتی ( ویفر ) در می آورند . جنس این ویفر ها نیز گالوم- آرسنید است وجون این ماده بسیار ***نده است ؛ ممکن است که این ویفر ها در هنگام جابه جایی وحمل ب***ند . این قطعات شکسته نیز دوباره یازیافت می شود . محتوای گالیوم این ویفر ها ممکن است از 1 تا 99 درصد متغیر باشد ، زیرا در آن ناخالصی هایی مانند : سلیکن ، روغن ها ، موم ها ، پلاستیک و شیشه در آن وجود داشته باشد .

در هنگام تولید قطعات گالیوم- آرسنید ممکن است بر اثر تراشکاری یا پرداخت کردن ، مقداری از این مواد خُرد شود یا به صورت پودر در آید . برای بازیافت این مقدار ماده تلف شده ، آن ها را در اسید حل می کنند . سپس با اضافه کردن محلول سوز آور آن را خنثی می کنند تا رسوب شیمیایی گالیوم را به عنوان هیدرواکسید گالیوم صاف کنند . بعد از این مرحله دوباره آن را به صورت محلول در می آورند و الکترولیز می کنند تا بتوا نند 99/99% را بازیافت کنند .

در سال 2001 یک شرکت ژاپنی به نام فُرورُوکاوای اعلام کرد که تکنولوژی بازیابی گالیوم- آرسنید را به نیم رسانای گالیوم- آرسنید پیشرفت داده . یکی از کاربردهای نیم رسانای گالیوم- آرسنید در دیود های پرتو افشان است .





طلا (Gold)



قطعات محتوی طلا پس از استفاده به صورت شمش هایی در می آیند وعمومأ حدود 13 تا 25 درصد از طلایِ ایالات متحده را تشکیل می دهد . در بسیاری از نواحی دنیا ، به ویژه در مناطقی که مردم را به رسومی مانند داشتن طلا تشویق می کنند ؛ مقدار قابل توجهی طلای ثانویه از جواهرات و زیورآلات به دست می آید .

در ایالات متحده ، در حدود 35% از طلای ثانویه از عملکرد کارخانه ها به دست می آید و باقیمانده آن از قطعات کهنه ای مانند جواهرات ، مواد دندان پزشکی ، استفاده در محلول های کارخانه ای و تجهیزات الکترونیکی ، به صورت خرده فلز به دست می آید .





ایندیم (Indium)



بازیافت ایندیم از سال 1996 به مدت 5 سال کاهش یافت . علت این کاهش را ، بالارفتن قیمت غیر معمول ایندیم بازیافتی بیان کرده اند . در سال 2001 بازیافت جهانی ایندیم تا 202 تن نسبت به 182 تن در سال 2000 افزایش داشت . حدود 75 % ایندیم در جهان توسط ژاپن بازیافت می شود که حدود 45% آن از زباله های خانگی بازیابی شد .



آهن و استیل (Iron and Steel)



از جمله محصول تصفیه شده آهن که بیشترین و گسترده ترین استفاده را در میان فلزات دارد ، فولاد می باشد و بازیافت آهن و فولاد فعالیت مهمی در سراسر دنیا است .

محصولات آهن وفولاد در بسیاری از ساختار ها و کاربردهای صنعتی مانند : دستگاه ها ، پل ها ، ساختمان ها ، مخزن ها ، اتوبان ها ، خودروسازی ها و ا بزارها به کار می رود است .

هم اکنون ذوب آهن های ایران به دو روش کاهش سنگ معدن آهن (که بیشتر آن هماتیت Fe2O3 است.) به وسیله ذغال کک در اصفهان و کاهش مستقیم توسط گاز طبیعی در اهواز و مبارکه در حال فعالیت است .

کاهش سنگ آهن در کوره بلند : تهیه آهن از سنگ معدن آن شامل واکنش های اکسایش- کاهش است که در کوره ای به خاطر ارتفاع زیادش کوره بلند نامیده می شود ، انجام می گیرد . بلندی این کوره بین 24 تا 30 متر و قطر پهن ترین بخش آن 8 متراست . مجموعه واکنش های انجام یافته درون کوره بلند را می توان به طور خلاصه کاهیده شدن اکسید آهن به وسیله گاز منواکسید کربن در نظر گرفت که این فرایند به تولید فلز ناخالص می انجامد . واکنش به صورت زیر انجام می گیرد : گرماFe2O3(s) 2CO(g)+

در کوره های بلند آهن حاصل به صورت چدن مذاب به پایین کوره سرازیر می شود . سپس از طریق دریچه های کناری خارج می شود . چدن حاصل از کوره ی بلند ، به علت ناخالصی های زیادی ( از جمله این ناخالصی ها می توان کربن در حدود 5 درصد ، سیلیسیم در حدود 1درصد ، منگنز در حدود 2درصد ، فسفر در حدود 3/0 درصد و گوگرد در حدود 4/0 درصد را نام برد .) که در آن وجود دارد ***نده و نا مرغوب است و به همین دلیل بخش اعظم آن برای ساختن فولاد به کار می رود . در این کوره ها بیشتر ناخالصی ها را از طریق اکسایش حذف می کنند . یک روش امروزی برای تبدیل چدن به فولاد استفاده از کوره بازی اکسیژن است . در این روش گاز اکسیژن را از طریق یک لوله مقاوم در برابر گرما به سطح آهن گداخته می دمند . بخش اعظم کربن تا مرحله تولید CO می سوزد و این گاز در دهانه خروجی کوره آتش می گیرد و به CO2 مبدل می شود . مقدار کربن در فولاد های معمولی به 35/1 درصد می رسد .

با توجه به اهمییت بازیابی آهن از آهن قراضه ، بخش مهمی از فولادی که تهیه می شود ، از دمیدن اکسیژن در کوره ای که حاوی چدن و آهن قراضه است تهیه می کنند . بنابراین در این نوع کوره ها جهت تولید فولاد باید مقدار زیادی از آهن قراضه در کوره وجود داشته باشد .

برای آشکار نمودن اهمیت آهن کهنه در تولید فولاد آماری را از مقدار سنگ آهن ورودی و مقدار آهن قراضه را که در کوره ها استفاده می کنند ، مطرح می کنیم :

- سنگ آهن مورد نیاز سالانه در حدود 5 ملیون تن ( که بیشتر آن منگنیت Fe3O4 ) که بخش اعظم آن از معادن گل ِ گهر سیرجان و چادر ملوی کرمان تأمین می شود که از طریق راه آهن به مجتمع منتقل می شود و پس از آسیاب کردن و مخلوط کردن با آب آهک ، گرما دادن و گُندله سازی ( تبدیل ذره های ریز به ذره های گلوله مانند ، درشت تر و تا حدودی متخلخل ) به کوره های کاهش مستقیم منتقل می شود .

- سالانه در حدود 700 هزار تن آهن قراضه ورودی کوره های فولاد سازی مجتمع است .

بازیافت آهن و استیل به روش ذوب کردن و دوباره قالب گیری کردن و در آوردن به فرم نیم تمام (که این فرم در تولید محصولات جدید استیلی به کار می رود ) انجام می شود ؛ زیرا از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه است . قطعات بازیافتی آهن از دو دسته بزرگ به وجود می آید .

- دسته اول شامل قطعات بازیافتی خانگی است که در زباله ها وجود دارد

- دسته دوم شامل قطعاتی می شودکه حاصل عملیات کارخانه ای ، برای ساخت فولاد است . این گروه را توسط ماشین هایی به کارخانه ذوب آهن می برند و آن ها را دوباره بازیافت می کنند . البته بدون وجود کارخانه ای که فولاد بسازد ، قطعات بازیافتی به وجود نمی آید . این قطعات می توانند حاصل تراشکاری هم باشند و چون ترکیبات این مواد شناخته شده است ، بازیافت آن ها نیز آسان است .

یکی دیگر از منابعی که درصد زیادی از فلزات بازیافتی را تشکیل می دهد ، بدنه خودرو های فرسوده است که ساختار فولاد آنها ویران شده و از بین رفته است . در کشور ما نیز این منبع ، مورد توجه زیادی قرار گرفته است .

تنوع و گستردگی محصولاتی که از آهن به وجود می آید نسبت به سایر فلزات بیشتر است و به همین دلیل ، ساختار شیمیایی و عملکرد فیزیکی این محصولات نیز متفاوت است . این امر موجب می شود که بازیافت این مواد نیازمند آماده سازی بیشر مانند : طبقه بندی ، گالوانیزه کردن و قله اندود کردن باشد .

در سال 2001 در حدود 45% از مقدار آهنی که برای ساختن خودروها به کار رفته ، از قطعات آهن بازیافتی بوده است . این مقدار در حدود 13900000 تن بوده است که طبق آمارهای داده شده می توان با این میزان ، در حدود 14000000 اتوموبیل را تولید کرد .

تولیدات فولاد کارخانه ای در اثر فعالیّت های شیمیایی و فیزیکی است و اغلب محتوای این فولاد را عناصری مانند : کربن ، کرومیوم ، کبالت و منیزیم ، مولیبدن ، نیکل ، سلیکن ، تنگستن و وانادیم تشکیل می دهد . برخی از تولیدات فولاد را با موادی ، برای جلوگیری از زنگ زدن ، دوام بیشتر ، زیبایی و ... می پوشانند . این مواد عبارت اند از : آلمینیوم ، کرومیوم ، آلیاژ قلع و سرب ، روی و قلع .

کارخانه های ذوب فولاد ، این قطعات را بر اسا س مقدار اکسیژن ، در کوره های دارای قوس الکتریکی(BOF) و تا حد کمی در کوره های انفجاری(EAF) ، قرار می دهند .

بازیافت آهن واستیل مزایای زایادی را به همراه دارد که می توان حفظ منابع طبیعی ، صرفه جویی در مصرف انرژی و تمیزی محیط زیست را نام برد .

بازیافت 1 تن فولاد ، حفظ Kg 1030 از کانی های فلزی آهن ، Kg 580 ذغال سنگ و Kg 5 سنگ آهک را به دنبال دارد . همچنین تخمین زده شده است که سالانه ، بازیافت فولاد باعث ذخیره انرژی الکتریکی 18000000 خانه (در ایالات متحده) می شود .





سرب (Lead)



در حدود 79% از سرب موجود در ایلات متحده ، از بازیافت 1390000 تن سرب کهنه در سال 2001 به دست آمد که یکی از منابع اصلی آن ، باطری های اسید– سرب است . به این باطری ها ، باطری های حرارتی- نوری نیز گفته می شود که در موارد زیادی از جمله : تجهیزاتی که انرژی را به صورت مداوم ذخیره می کنند ، وسایل نقلیه عمومی ، ماشین های های صنعتی ، وسایل نقلیه معدن و دوچرخه ها به کار می رود .

بسیاری از سربهای بازیافت شده به صورت سرب نرم یا الیاژ های سرب در می آیند تا دوباره در باطری های اسید- سرب استفاده شوند . در حدود 87% از سرب بازیافتی در باطری های ذخیره ای به کار می رود .





منیزیم (Magnesium)



منیزیم از موادی از جمله : قطعات خودرو ، اجزای هلیکوپتر ، دستگاه های چمن زنی و... بازیافت می شود . منیزیم همچنین در ساختن آلیاژ هایی از آلمینیوم نیز( درصد کمی) کاربرد دارد و به همین دلیل در بعضی از نقاط دنیا این فلز همراه با آلمینیوم بازیابی می شود . در حدود نیمی از کاربرد منیزیم در ساخت قوطی ها آلمینیومی است . چون این دو فلز مشابهت های زیادی با یکدیگر دارند ، در بیشتر مواد ، باهم به کار می روند . یکی از راه های آسان جدا کردن این دو فلز از هم ، خراشیدن به وسیله کارد است . در هنگام این کار ، منیزیم به شکل ورقه های صافی جدا می شود امّا آلمینیوم به دلیل نرمی به صورت حلقه ای کنده می شود .

برای بازیافت منیزیم آن را در کوره هایی می اندازند که دمای آن در حدود 675 درجه سانتیگراد است . به دلیل اینکه منیزیم از پایین شروع به ذوب شدن می کند ، باید مقدار قطعات زیادی در کوره ریخت . در انتها منیزیم مایع به صورت بی ثبات و همراه با گازهای بازدارنده – برای کنترل سوختن آن – همراه است . برای ساختن آلیاژ های مورد نیاز در کوره ، به منیزیم ، روی و آلمینیوم – به مقدار معیّن – اضافه می شود و در این هنگام عمل ذوب کامل می شود .

منیزیم را پس از دوب به صورت شمش در می آورند یا به صورت پودر در آورده و برای ساختن آلیاژ های آهن وفولاد به آن اضافه می کنند .( البته در این روش از شمش های خالص استفاده می کنند ، زیرا استفاده از قطعات ناخالص باعث می شود که محصول نهایی دارای ناخالصی هایی باشد .) لازم به ذکر است که در روش خرد کردن امکان سوختن منیزیم نیز می باشد .

منیزیمی که بازیافت می شود ، ***نده است و بسته به مقدار سختی آن در محصولاتی با ویژگی متفاوت به کار می رود .





منگنز (Manganese)



مهم ترین منابع بازیافت منگنز فولاد و آلمیمیوم است . در حدود 12% فولاد ، منگنز است . بازیافت فولاد و آهن در در مباحث قبلی توضیح داده شد . در هنگام ساختن فولاد مقدار زیادی منگنز از بین می رود زیرا در یکی از مراحل به نام کربورزدایی آن را حذف می کنند و دوباره در مراحل بعدی اضافه می شود .

در کارخانه های بازیافت آلمینیوم طی فرآیند های ذوب کردن و اکسیژن زدایی از آلمینیوم ، مقدار زیادی از منگنز به هدر می رود و فقط مقدار کمی از آن برای بازیافت باقی می ماند . در آینده میزان کمی از منگنز می تواند از طریق بازیافت باطری های سلولی خشک صورت گیرد .





جیوه (Mercury)



جیوه ثانویه از منابع مختلفی به دست می آید . دیودها ، سؤیچ ها ، ترموستات ها ، تقویت کننده ها ، آلیاژ های جیوه در دندان پزشکی و باطری ها از جمله منابع مهم ، برای بازیافت جیوه است . از دیگر کاربردهای مهم جیوه ، کاتالیزور های به کار رفته در کلرین و جوش شیرین سوزآور است .





مولیبدنوم (Molybdenum)



مولیبدینوم به عنوان اجزای آلیاژ فولاد ، فولاد ضدزنگ و کاتالیزور در بازار یافت می شود . در مورد بازیافت فولاد و آهن توضیح داده شد .

گروهی از قطعات قدیمی فولاد دارنده مولیبدین ، کربن و فولاد ضد زنگ است و براساس مقدار وجود این عناصر به فولاد درجات متفاوتی داده اند . مقدار مولیبدینوم ثانویه دقیق محاسبه نشده اما در سال 2001 طبق آمار 26700 تن مولیبدینوم در آمریکا بازیافت شده است .

[Sara12]

شیشه و انواع آن

http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/img/daneshnameh_up/9/99/to1697.jpg

از نظر فیزیکی ، می‌توان شیشه را مایعی صلب ، فوق‌العاده سرد و بدون نقطه ذوب مشخص تعریف کرد که گرانروی زیاد ، مانع تبلور آن می‌شود.

می‌توان شیشه را از نظر شمیایی ، یکی شدن اکسیدهای غیرفرار معدنی حاصل از تجزیه و گداختگی ترکیبات قلیایی و قلیایی خاکی ، ماسه و سایر اجزای شیشه دانست که منتهی به ایجاد محصولی با ساختار کتره‌ای اتم‌ها می‌شود.

تاریخچه
مانند بسیاری از مواد دیگر ، در مورد اختراع شیشه نیز تردید بسیاری وجود دارد. یکی از قدیمی‌ترین استفاده‌های موجود در این ماده ، از "پلینی" نقل شده که در طی آن ، گفته می‌شود که بازرگانان فنیقی ، ضمن پختن غذا در ظرفی که برحسب اتفاق روی توده‌ای از لزونا در ساحل دریا قرار گرفته بود، به وجود این ماده پی بردند. یکی شدن ماسه و قلیا نظر آنان را به خود جلب کرد و سبب انجام تلاشهای بعدی در راه تقلید این عمل شد.

مصری‌ها در هزاره ششم پیش از میلاد ، جواهرات بدلی شیشه‌ای می‌ساختند. در سال 290 میلادی ، شیشه پنجره ساخته شد. در طی قرون وسطی ، ونیز به مرکز انحصاری صنعت شیشه بدل شده بود. در سال 1688 شیشه جام در فرانسه به شکل فراورده نو عرضه گردید. در سال 1608 میلادی ، در ایالات متحده ، در "جیمزتاون" در ویرجینیا ، صنعت شیشه پایه‌گذاری شد. در سال 1914، فرایند فورکالت در بلژیک برای کشش مداوم ورق شیشه بوجود آمد.

http://forum.patoghu.com/images/poti/2009/01/7218.jpg

مصارف و جنبه‌های اقتصادی
مصارف و کاربردهای شیشه بسیار متعدد است. در مجموع شیشه سازی در ایالات متحده ، سالانه یک صنعت 7 میلیارد دلاری را تشکیل می‌دهد و در آن میان ، شیشه خودرو ، سالانه نیمی از مقدار تولید شیشه تخت را به خود اختصاص می‌دهد. در معماری ، گرایش بیشتری به استفاده از شیشه در ساختمانهای تجاری و بویژه مصرف شیشه‌های رنگی ، پدید آمده است.

ترکیب شیشه
شیشه ، محصولی کاملا «شیشه‌ای شده» یا دست کم فراورده‌ای است که مقدار مواد معلق غیرشیشه‌ای موجود در آن نسبتا کم است. با وجود هزاران فرمول جدید شیشه که طی 30 سال گذشته بوجود آمده، درخور توجه است که هنوز مانند 2000 سال پیش ، 90 درصد تمام شیشه‌های جهان از آهک ، سیلیس و کربنات سدیم تشکیل یافته‌اند. اما نباید چنین استنتاج کرد که در طی این مدت ، هیچ تحول مهمی در ترکیب شیشه صورت نگرفته است. بلکه در واقع تغییرات جزئی در اجزای اصلی ترکیب و تغییرات مهم در اجزای فرعی ترکیب ، پدید آمده است.

اجزای اصلی عبارتند از: ماسه ، آهک و کربنات سدیم. هر ماده خام دیگر ، جزء فرعی تلقی می‌شود، هرچند که بر اثر استفاده از آن ، نتایج مهمی بدست آید. مهمترین عامل در ساخت شیشه ، گرانروی اکسیدهای مذاب و ارتباط میان این گرانروی و ترکیب شیشه است.

تقسیم بندی شیشه‌های تجارتی
سیلیس گداخته
سیلیس گداخته یا سیلیس شیشه‌ای به روش تفکافت تتراکلرید سیلیسیم در دمای بالا یا بوسیله گدازش کوارتز یا ماسه خالص ساخته می‌شود و گاه آن را به اشتباه ، شیشه کوارتزی می‌خوانند. این ماده ، انبساط کم و نقطه نرمی بالایی دارد که به مقاومت گرمایی زیاد آن کمک می‌کند و امکان استفاده از آن را در گستره دمایی بالاتر از دیگر شیشه‌ها فراهم می‌آورد. این شیشه ، اشعه ماوراء بنفش را بخوبی از خود عبور می‌دهد.

سیلیکاتهای قلیایی
سیلیکاتهای قلیایی تنها شیشه‌های دو جزئی هستند که از اهمیت تجارتی برخوردارند. ماسه و کربنات سدیم را بسادگی با هم ذوب می‌کنند و محصولات بدست آمده با گستره ترکیب Na2O.SiO2 تا Na2O.4SiO2 را سیلیکاتهای سدیم می‌خوانند. سیلیکات محلول کربنات سدیم که به نام شیشه آبی (انحلال پذیر در آب) نیز خوانده می‌شود، بطور گسترده‌ای در ساخت جعبه‌هایی با کاغذ موجدار و به عنوان چسب کاغذ بکار می‌رود.

مصرف دیگر آن در ایجاد حالت ضد آتش است. انواع قلیایی‌تر آن به عنوان شوینده‌های لباسشویی و مواد کمکی صابونها بکار می‌رود.

شیشه آهک سوددار
این نوع شیشه %95 کل شیشه تولید شده را تشکیل می‌دهد و از آن ، برای ساخت تمام انواع بطری‌ها ، شیشه تخت ، پنجره خودروها و سایر پنجره‌ها ، لیوان و ظروف غذاخوری استفاده می‌شود. در کیفیت فیزیکی تمام انواع شیشه‌های تخت ، نظیر همواری و نداشتن موج و پیچ ، بهبود کلی حاصل شده، اما ترکیب شیمیایی تغییر زیادی نکرده است. اصولا ترکیب شیمیایی در گستره زیر قرار می‌گیرد:

SiO2 از %70 تا %74 ، CaO از %8 تا %13 ،Na2O از %13 تا %18.

فراورده‌هایی که این نسبتها را دارند، در دماهای نسبتا پایین‌تری ذوب می‌شوند. در تولید شیشه بطری ، بخش عمده پیشرفت از نوع مکانیکی است. در هر حال ، تجارت نوشابه‌ها ، سبب ایجاد گرایشی در بین شیشه سازان برای تولید ظروف شیشه‌ای با آلومین و آهک زیاد و قلیائیت کم شده است. این نوع شیشه با دشواری بیشتری ذوب می‌شود، اما در برابر مواد شیمیایی مقاومتر است.

رنگ شیشه بطری‌ها بدلیل انتخاب بهتر و تخلیص مواد خام و استفاده از سلنیم به عنوان زنگ‌زدا بسیار بهتر از قبل است.

شیشه سربی
با جانشین شدن اکسید سرب به جای اکسید کلسیم در شیشه مذاب ، شیشه سربی بدست می‌آید. این شیشه‌ها بدلیل برخورداری از ضریب شکست بالا و پراکندگی نور زیاد ، در کارهای نوری از اهمیت بسزایی برخوردارند. تاکنون میزان سرب موجود در شیشه را به %92 نیز رسانده‌اند.

درخشندگی یک بلور تراش داده شده خوب بدلیل مقدار زیاد سرب در ترکیب آن است. مقدار زیادی از این شیشه برای ساخت حباب لامپهای برق ، لامپهای نئون و رادیوترونها بدلیل مقاومت الکتریکی بالای آنها مورد استفاده قرار می‌گیرد. این شیشه برای ایجاد حفاظ در برابر پرتوهای اتمی نیز مفید است.



شیشه بوروسیلیکاتی
شیشه بوروسیلیکاتی ، معمولا حاوی حدود 10 تا 20 درصد B2O2 ، حدود 80 تا 85 درصد سیلیس و کمتر از 10 درصد Na2O است. این نوع شیشه دارای ضریب انبساط کم ، مقاومت فوق‌العاده زیاد در برابر ضربه ، پایداری عالی در برابر مواد شیمیایی و مقاومت الکتریکی بالاست.

ظروف آزمایشگاهی ساخته شده از این شیشه ، تحت نام تجارتی پیرکس فروخته می‌شود. با این حال ، در سالهای اخیر نام پیرکس برای اجناس شیشه‌ای بسیاری که ترکیب شیمیایی دیگری دارند (مانند شیشه آلومین _ سیلیکات در ظروف شیشه‌ای مناسب برای پخت و پز) نیز بکار می‌رود. مصارف دیگر شیشه‌های بوروسیلیکاتی علاوه بر ظروف آزمایشگاهی عبارت است از واشرها و عایقهای فشار قوی ، خطوط لوله و عدسی تلسکوپها.

شیشه‌های ویژه
شیشه‌های رنگی و پوشش‌دار ، کدر ، شفاف ، ایمنی ، شیشه اپتیکی ، شیشه فوتوکرومیکی و سرامیکهای شیشه‌ای ، همه شیشه‌های ویژه هستند. ترکیب تمامی این شیشه‌ها بر طبق مشخصات محصول نهایی موردنظر تغییر می‌کند.

الیاف شیشه‌ای
الیاف شیشه‌ای از ترکیبات ویژه‌ای که در برابر شرایط جوی مقاوم هستند، ساخته می‌شوند. سطح بسیار زیاد این الیاف سبب می‌شود تا آنها نسبت به همه رطوبت موجود در هوا آسیب پذیر باشند. مقدار سیلیس (حدود %55) و قلیایی موجود در این شیشه پایین است.

[Sara12]

نانو علم نوظهور

http://forum.patoghu.com/images/poti/2009/01/7219.jpg

عصری که هم اکنون در آن به سر می بریم عصر ریز ساختارهاست قرنی که همه ی متفکران در صدد پی بردن به چگونگی رفتارمواد در واکنش های فیزیکی و شیمیائی در ابعاد بسیار ریز و کوچک می باشد این مباحث همه در حیطه علم نانو مطرح می شود . در تکنولوژی نانو دانشمندان در صدد بررسی مکانیزم های ساختارهای پیچیده ولی ریز هستند . برای پی بردن به اینکه در ابعاد نانو ملکولها و یا اتمها چه رفتارهائی در محیط های مختلف از خود نشان می دهند و یا اصلا برای تصحیح تصوری که ما قبلا از مولکولها و اتمها داشتیم ابزارها و د ستگاههائی وجود دارند که در ادامه به آنها خواهیم پرداخت .

قبل از هر چیزی به انواع نانو می پردازیم ، نانو چون یک علم و دانش نو ظهور است در نتیجه هر روز قسمتی به آن افزوده می شود ولی بطور کلی نانو به سه گروه عمده : نانومواد ، نانو الکترونیک و نانوپزشکی تقسیم می شود که بعضی دانشمندان نانو مکانیک را هم جزءاین طبقه بندی قرار می دهند . ولی چون این قسمت را می توان زیر مجموعه ای از نانوالکترونیک در نظر گرفت ما هم به بررسی سه گروه اصلی می پردازیم .

در این میان نانو مواد تسبت به دو نوع دیگر پیشرفت های فوق العاده چشم گیری کرده است . همه ی نانو مواد از دانه های ریزی تشکیل شده است که آنها را بسته به نوع ساختار و جنس و یا اندازه می توان با چشم غیر مسلح ید و یا ندید . مواد رایج حاوی دانه هائی هستند که اندازه آنها در هر عمقی و در هر جائی از نمونه ماده ، از چند میکرون تا چند سانتی متر تغییر میکند، نانو مواد را گاهی اوقات ، وقتی که متراکم و فشرده نشده باشند نانو پودر می نامند . که اندازه دانه های آن حداقل در یک بعد و با معمولا در سه بعد در محدوده ی nm (100-1) قرار میگیرد .

برای مثال یکی از نانو موادی که ما تا حالا با ان برخورد داشتیم،کربن سیاه می باشد که برای بالا بردن عمر تایرهای اتومبیل بکارمیرود . این ماده در سال 1900 کشف شد ولی چون در آن روز هیچ شناختی از نانو نبوده نمی دانسته اند که چه نوع ساختاری دارد . بهرحال نانو مواد زیادی تا به حال کشف شده و از انها استفاده می شود که روزانه به تعداد آنها افزوده خواهد شد .

روش های ساخت نانو مواد گسترده هستند شش شیوه پر کاربرد آنها عبارتند از :

قوس پلاسما – رسوب گذاری شیمیائی فاز بخار – رسوب گذاری الکتریکی – سنتز ار طریق سل – ژل – آسیاب کردن و سا یس با حرکت گلوله ها ( آسیای گلوله ای ) و در نهایت استفاده از نانو ذرات طبیعی . در روش اول ، مولکولها و اتمها از طریق تبخیر از هم جدا سازی می شوند و سپس این مکان فراهم می شود که تحت کنترل دقیق و در یک آرامش منظم نانو ذرات را پدید آورند و بر روی یک سطح مشخص ته نشین شوند . در روش سوم فرایندی مشابه رخ می دهد چرا که نمونه های منفرد از محلول جدا شده و بر روی سطح می نشینند . در فرایند سنتز سل – ژل قبل از رسوب گذاری بر روی سطح ، منظم شدن قبلی انجام می شود .

در استفاده از آسیاهای گلوله ای معلوم شده که ساختارهای درشت بلوری به ساختارهای نانو بلوری شکسته و خرد می شوند ولی ماهیت اصلی و اولیه ماده تغییری نمی کند ، و در آخر می توان چنین گفت که موادی نظیر خاک رسهای فیلو سیلیکاتی لایه ای شده نانو مواد نیستند چرا که انها مواد طبیعی می باشند ولی واقعیت نشان میدهد که فیو سیلیکاتهای لایه ای شده نانو ساختارهای طبیعی هستند اگر چه آنها معمولا طوری کشیده شده و جهت گیری شده اند که از نانو ساختارشان نمی توان استفاده کرد .

در اینده به بررسی جزبه جزتک تک روشهای بالا می پردازیم .

از بحث نانو مواد خارج می شویم و به بررسی کربن می پردازیم که خود انقلابی در نانو تکنولوژی است . اگر چه تمامی فرآیندها و ساختارها و روشهای تولید در این زمینه زیر مجموعه ای از نانو مواد است ولی چون کربن خود به تنهائی تحولی عجیب در تمامی رشته ها بوجود آورده است ما هم جداگانه به آن میپردازیم .

دورانی که ما در آن به سر می بریم دوران کربن است کربن دارای سه نوع است : الما س -گرافیت و کربن های غیر بلوری در ساختارهای کربن می توانیم به فولرن 60C اشاره کرد که باکی بال نام دارد،

که ساختاری شبیه توپ فوتبال دارد و در این ساختار 60 اتم کربن وجود دارد . ساختارهای دیگری چون 70 C ، 80C ... ،120C و فراتر از این مقدار وجود دارد.

مسئله مهم این است که در علم نانو تکنولوژی اتمها را می توان درون توپ فولرن جا داد . با ورود اتمها به ساختار 60C نمک های از آن پدید می اید به شرطی که فولرن فولرن بتواند الکترونها را بدست آورد و به یون منفی تبد یل شود . بنابراین ساختاری از فولرن به صورت

C60xn- و Mxxn+ در می اید که n تعداد الکترونی که اتم فلز از دست می دهد و x تعداد اتمهای فلزی است . توده یا لایه های نازکی از 60C خالص ، فقط نیمه هائی هستند و مقاومت دمائی آنها در برابر درجهحرارت اتاق 108 wcm است . این مقاومت الکتریکی را می توان تا چندین مرتبه بزرگی ، از طریق افزودن فلزات و تشکیل نمک ها کاهش داد . اگر که 60C و Mxxn- افزایش یابد مقاومت کاهش می یابد که این نیزمحدود به یک مقدار معین است ، که از این مقدار بیشتر مقاومت افزایش می یابد و فولرن تبدیل به یک عایق الکتریکی می شود . برای فولرن تا سه اتم را می توان به دام انداخت . برای ساختارهای بزرگتر این مقدار بیشتر می شود.

از بحث فولرن ها بگذریم نوبت به نانو تیوبها می رسد(MWNT- SWNT ) لایه های گرافیتی شش وجهی را در نظر بگیرید که روی یکدیگر قرار گرفته اند،فکر کنید یکی از این لایه ها ی گرافیتی را برداشته باشیم

و دو سر آن را عرض لایه ها به هم وصل کنیم که تشکیل یک لوله میدهد که جداره آن را اتمهای کربن تشکیل می دهد . به این محصول نانو تیوب ( نانو لوله کربنی ) گفته می شود . خود این نانو تیوبها بسته به طول آنها و یا روش شکل گیری آنها انواع مختلف دارند . حتما فکر می کنید که ابتدا و انتهای یک نانو تیوب به کجا ختم می شود اصولا در اکثر موارد دو نیم کره در ابتدا و انتها قرار می گیرند . نانو تیوبها میتوانند از یک جداره و یا چندین جداره تشکیل شوند . منظور این که می توان چند نانو لوله با قطرهای متفاوت را درون هم جا داد در اصل در حین تولید ، این نانو لوله ها درون هم قرار می گیرند ولی باید به این نکته توجه کرد که محور این نانو تیوبها همگی یکی است .

انواع مختلفی از نانو لوله های تک دیواره وجود دارند چرا که ورقه ی گرافیتی را می توان به روشهای مختلفی لوله کرد . روش متداول برای توصیف این فرآیند ، عبارت است از نگاه کردن به ورقه ی لوله نشده و میان فرآیند نورد ( لوله ای شدن ) از طریق بردارهای ( a1 a2) می باشد که n و m اعداد صحیح در معادله ی بردار R=na1+ ma2 می باشند .

انواع نانو لوله های کربنی در شکل نشان داده شده است در قسمت های بعدی ( معرفی هایی که در آینده مطرح می شود به بررسی طرز ساخت نانو لوله ها و خاصیت های آنها می پردازیم ) .


در رشته نانو ابزارهای فوق العاده ریادی کاربرد دارند از جمله مهم ترین این وسایل می توان به انواع میکروسکوپها اشاره کرد . این میکروسکوپها اطلاعاتی درباره ی شکل شناسی

( مورفولوژی ) ، وضوع نگاری ( توپوگرافی ) و بلورشناسی ( کریستالوگرافی ) می دهند .

شکل شناسی عبارتند از ریخت و اندازه ای که جسم دارد . در موضوع نگاری ما به بررسی تصاویر ، مهره ها و یا شکل های سطحی از یک جسم که شامل بافت و یا سختس جسم نیز می شود می پردازد . و در نهایت بلورشناسی به چگونگی مرتب شدن اتم ها در یک جسم و آرایش آنها می پردازد . در هر یک از این علوم میکروسکوپهای مخصوصی بکار می رود که ازر کاربرد ترین آنها می توان به میکروسکوپ الکترونی پیمایشی یا پویشی ( SEM) ، میکروسکوپ الکترونی عبوری ( TEM ) ، میکروسکوپ پروب پویشی ( SPM ) ، میکروسکوپ نفوذ اتمی ( AFM) ، میکروسکوپ تونل زنی پویشی ( STM ) و

میکروسکوپ نیروی شیمیائی ( CFM ) اشاره کرد . که اصولا در کارهای نانو بیشترین استفاده ی ما با TEM است و برای این که یک آشنائی قبلی با مکانیزم کار این میکروسکوپ داشته باشیم ما مختصرا توضیحی درباره این میکروسکوپ میدهیم .


میکروسکوپ الکترونی عبوری جدید Transmission Electron Microscopy

اگر چه میکروسکوپ های الکترونی TEM زودتر از میکروسکوپهای SEM ساخته شده ولی بخاطر پیشرفتهای فوق العاده زیادی که درون ساختار این میکروسکوپ ها روی داده و نیز کاربرد فراوان آنها در قسمت نانو در نتیجه کانیزم کار این میکروسکوپ را بررسی میکنیم . بزرگنمائی TEM ها در حدود 400000 برابر است ولی می توان برای اتمهای ریز با بزرگنمائی10×15 از آنها تصاویری تهیه کرد . روش کار TEM بسیار شبیه به پروژکتور اسلایداست ،در این پروژکتورها یک پرتو نور توسط دستگاه از میان اسلاید به بیرون تابانده می شود و همان طور که نور از میان آن عبور می کند بر روی ساختارها و اشیای روی اسلاید تغیراتی را پدید می آورد این تاثیرات فقط در نتیجه عبور بعضی از از قسمتهای پرتو های نورانی از میان بعضی قسمتهای اسلاید به وجود می آید . این پرتو عبور نوده ، شپش روی یک صفحه نمایش برخورد می کند و تصویری بزرگ شده از اسلاید را بر روی صفحه نمایش پدید می آورد . ولی در میکروسکوپ TEM بجای پرتوی نور عبوری از پرتوئی از الکترونها استفاده می شود و بجای صفحه نمایش از آشکار کننده ی فسفری استفاده می شود .

در میکروسکوپ TEM ، نمونه ای که تحت آنالیز قرار می گیرد باید قبل از استفاده به روش های ویژه ای آماده شده باشد. منظور سنگ زنی یا پولیش کاری نیست ، بلکه ایجاد ضخامتی از قطعه است که الکترونها بتوانند ازمیان نمونه عبور کنند و این مرحله کلیدی ترین مرحله است،

تا تصویری واضح ایجاد گردد که یکی از دلایلی که از میکروسکوپهای TEM استفاده میشود سختی در تهیه نمونه است. قسمت های مهمی که در این میکروسکوپ بکار میرود عبارتند از :

1- یک تفنگ الکترونی که جریانی از الکترونها را تولید می کند ( منبع الکترونی )

2- جریان الکترونی تولیدی با استفاده از عدسی های کوچک کننده به صورت یک

پرتو کوچک ، باریک و هم رأس تمرکز می یابد . نخستین عدسی تا حد زیادی ( spot size )

اندازه لکه نورانی را تعیین می کند ، که عبارت است از دامنه ی اندازه ی کلی ، از لکه ی نوری نهائی که به نمونه می تابد یا یرخورد می کند . عدسی دوم ، اندازه لکه نورانی را بر روی نمونه تغییر می دهد که از یک لکه عریض ، پراکنده تا یک پرتو نقطه ای از نور قابل تغییر است . اندازه پرتو نورانی به وسیله ی روزنه ی کوجک کننده محدود شده است .

3- پرتوی نورانی به نمونه برخورد می کند وبخشی از ان از داخل نمونه عبور می کند بخش عبور کرده از نمونه توشط یک عدسی شی داخل یک تصویر متمرکز می شود .

یک روزنه سطحی انتخاب شده ف کاربر را قادر می سازد تا آرایش منظمی از اتمها را در نمونه ها بیازماید از آنجا که پرتوی الکترونها تمرکز یافته اند اغلب انرژی زیادی در حین تجزیه بر روی نمونه متمرکز کرده است . مراحل خنک سازی ویژه ای در بسیاری ازدستگاهها به کار رفته است.


4- تصویر از میان عدسی ها عبور نموده و بزرگ می شود .

5- و درنهایت تصویر به صفحه نمایش فسفری برخورد می کند و نوری را پدید می اورد

که به کاربر اجازه می دهد تا تصویر را ببیند . نواحی تیره تر تصویر ، سطحی از نمونه را تشلت می دهد که الکترونهای کمی از آنجا عبور کرده اند ( قسمت هائی از نمونه که ضخیم تر یا چگال ترند ) نواحی روشن تر تصویر ف سطوحی از نمونه را نشان می دهند که الکترونهای بیشتری از آنجا عبور کرده اند ( قسمت هائی که نازک ترند یا چگالی کمتری دارند ) . این دستگاه دارای معایب و مزایای زیادی است از جمله معایب وقت گیر بودن ان است و محدود بودن آن برای استفاده از قطعات آماده شده ی مخصوص که در این میکروسکوپ استفاده می شود . و نیز چون قطعه تحت بمباران الکترونی ( پرتوی الکترونی ) قرار می گیرد دچار تخریب می شود . از مزایای خوب این میکروسکوپ بزرگنمائی بسیار عالی و نمایش تصاویر از اتم های نسبتا ریز است .

[Sara12]

خوردگی فلزات

خوردگی ، ( Corrosion ) ، اثر تخریبی محیط بر فلزات و آلیاژها می‌‌باشد. خوردگی ، پدیده‌ای خودبه‌خودی است و همه مردم در زندگی روزمره خود ، از بدو پیدایش فلزات با آن روبرو هستند. در اثر پدیده خودبه‌خودی ، فلز از درجه ‌اکسیداسیون صفر تبدیل به گونه‌ای با درجه ‌اکسیداسیون بالا می‌‌شود.


M ------> M+n + ne
در واقع واکنش اصلی در انهدام فلزات ، عبارت از اکسیداسیون فلز است.

تخریب فلزات با عوامل غیر خوردگی
فلزات در اثر اصطکاک ، سایش و نیروهای وارده دچار تخریب می‌‌شوند که تحت عنوان خوردگی مورد نظر ما نیست.

فرایند خودبه‌خودی و فرایند غیرخودبه‌خودی
خوردگی یک فرایند خودبخودی است، یعنی به زبان ترمودینامیکی در جهتی پیش می‌‌رود که به حالت پایدار برسد. البته M+n می‌‌تواند به حالتهای مختلف گونه‌های فلزی با اجزای مختلف ظاهر شود. اگر آهن را در اتمسفر هوا قرار دهیم، زنگ می‌‌زند که یک نوع خوردگی و پدیده‌ای خودبه‌خودی است. انواع مواد هیدروکسیدی و اکسیدی نیز می‌‌توانند محصولات جامد خوردگی باشند که همگی گونه فلزی هستند. پس در اثر خوردگی فلزات در یک محیط که پدیده‌ای خودبه‌خودی است، اشکال مختلف آن ظاهر می‌‌شود.

بندرت می‌‌توان فلز را بصورت فلزی و عنصری در محیط پیدا کرد و اغلب بصورت ترکیب در کانی‌ها و بصورت کلریدها و سولفیدها و غیره یافت می‌‌شوند و ما آنها را بازیابی می‌‌کنیم. به عبارت دیگر ، با استفاده ‌از روشهای مختلف ، فلزات را از آن ترکیبات خارج می‌‌کنند. یکی از این روشها ، روش احیای فلزات است. بعنوان مثال ، برای بازیابی مس از ترکیبات آن ، فلز را بصورت سولفات مس از ترکیبات آن خارج می‌‌کنیم یا اینکه آلومینیوم موجود در طبیعت را با روشهای شیمیایی تبدیل به ‌اکسید آلومینیوم می‌‌کنند و سپس با روشهای الکترولیز می‌‌توانند آن را احیا کنند.

برای تمام این روشها ، نیاز به صرف انرژی است که یک روش و فرایند غیرخودبه‌خودی است و یک فرایند غیرخودبه‌خودی هزینه و مواد ویژه‌ای نیاز دارد. از طرف دیگر ، هر فرایند غیر خودبه‌خودی درصدد است که به حالت اولیه خود بازگردد، چرا که بازگشت به حالت اولیه یک مسیر خودبه‌خودی است. پس فلزات استخراج شده میل دارند به ذات اصلی خود باز گردند.

در جامعه منابع فلزات محدود است و مسیر برگشت طوری نیست که دوباره آنها را بازگرداند. وقتی فلزی را در اسید حل می‌‌کنیم و یا در و پنجره دچار خوردگی می‌‌شوند، دیگر قابل بازیابی نیستند. پس خوردگی یک پدیده مضر و ضربه زننده به ‌اقتصاد است.

http://forum.patoghu.com/images/poti/2009/01/7223.jpg


جنبه‌های اقتصادی فرایند خوردگی
برآوردی که در مورد ضررهای خوردگی انجام گرفته، نشان می‌‌دهد سالانه هزینه تحمیل شده از سوی خوردگی ، بالغ بر 5 میلیارد دلار است. بیشترین ضررهای خوردگی ، هزینه‌هایی است که برای جلوگیری از خوردگی تحمیل می‌‌شود.



پوششهای رنگها و جلاها
ساده‌ترین راه مبارزه با خوردگی ، اعمال یک لایه رنگ است. با استفاده ‌از رنگها بصورت آستر و رویه ، می‌‌توان ارتباط فلزات را با محیط تا اندازه‌ای قطع کرد و در نتیجه موجب محافظت تاسیسات فلزی شد. به روشهای ساده‌ای می‌‌توان رنگها را بروی فلزات ثابت کرد که می‌‌توان روش پاششی را نام برد. به کمک روشهای رنگ‌دهی ، می‌‌توان ضخامت معینی از رنگها را روی تاسیسات فلزی قرار داد.

آخرین پدیده در صنایع رنگ سازی ساخت رنگهای الکتروستاتیک است که به میدان الکتریکی پاسخ می‌‌دهند و به ‌این ترتیب می‌توان از پراکندگی و تلف شدن رنگ جلوگیری کرد.

http://forum.patoghu.com/images/poti/2009/01/7224.jpg

پوششهای فسفاتی و کروماتی
این پوششها که پوششهای تبدیلی نامیده می‌‌شوند، پوششهایی هستند که ‌از خود فلز ایجاد می‌‌شوند. فسفاتها و کروماتها نامحلول‌اند. با استفاده ‌از محلولهای معینی مثل اسید سولفوریک با مقدار معینی از نمکهای فسفات ، قسمت سطحی قطعات فلزی را تبدیل به فسفات یا کرومات آن فلز می‌‌کنند و در نتیجه ، به سطح قطعه فلز چسبیده و بعنوان پوششهای محافظ در محیط‌های خنثی می‌‌توانند کارایی داشته باشند.

این پوششها بیشتر به ‌این دلیل فراهم می‌‌شوند که ‌از روی آنها بتوان پوششهای رنگ را بر روی قطعات فلزی بکار برد. پس پوششهای فسفاتی ، کروماتی ، بعنوان آستر نیز در قطعات صنعتی می‌‌توانند عمل کنند؛ چرا که وجود این پوشش ، ارتباط رنگ با قطعه را محکم‌تر می‌‌سازد. رنگ کم و بیش دارای تحلخل است و اگر خوب فراهم نشود، نمی‌‌تواند از خوردگی جلوگیری کند.

پوششهای اکسید فلزات
اکسید برخی فلزات بر روی خود فلزات ، از خوردگی جلوگیری می‌‌کند. بعنوان مثال ، می‌‌توان تحت عوامل کنترل شده ، لایه‌ای از اکسید آلومینیوم بر روی آلومینیوم نشاند. اکسید آلومینیوم رنگ خوبی دارد و اکسید آن به سطح فلز می‌‌چسبد و باعث می‌‌شود که ‌اتمسفر به‌ آن اثر نکرده و مقاومت خوبی در مقابل خوردگی داشته باشد. همچنین اکسید آلومینیوم رنگ‌پذیر است و می‌‌توان با الکترولیز و غوطه‌وری ، آن را رنگ کرد. اکسید آلومینیوم دارای تخلخل و حفره‌های شش وجهی است که با الکترولیز ، رنگ در این حفره‌ها قرار می‌‌گیرد.

همچنین با پدیده ‌الکترولیز ، آهن را به ‌اکسید آهن سیاه رنگ (البته بصورت کنترل شده) تبدیل می‌‌کنند که مقاوم در برابر خوردگی است که به آن "سیاه‌کاری آهن یا فولاد" می‌‌گویند که در قطعات یدکی ماشین دیده می‌‌شود.

پوششهای گالوانیزه
گالوانیزه کردن (Galvanizing) ، پوشش دادن آهن و فولاد با روی است. گالوانیزه ، بطرق مختلف انجام می‌‌گیرد که یکی از این طرق ، آبکاری با برق است. در آبکاری با برق ، قطعه‌ای که می‌‌خواهیم گالوانیزه کنیم، کاتد الکترولیز را تشکیل می‌‌دهد و فلز روی در آند قرار می‌‌گیرد. یکی دیگر از روشهای گالوانیزه ، استفاده ‌از فلز مذاب یا روی مذاب است. روی دارای نقطه ذوب پایینی است.

در گالوانیزه با روی مذاب آن را بصورت مذاب در حمام مورد استفاده قرار می‌‌دهند و با استفاده ‌از غوطه‌ور سازی فلز در روی مذاب ، لایه‌ای از روی در سطح فلز تشکیل می‌‌شود که به ‌این پدیده ، غوطه‌وری داغ (Hot dip galvanizing) می‌گویند. لوله‌های گالوانیزه در ساخت قطعات مختلف ، در لوله کشی منازل و آبرسانی و ... مورد استفاده قرار می‌‌گیرند.

پوششهای قلع
قلع از فلزاتی است که ذاتا براحتی اکسید می‌‌شود و از طریق ایجاد اکسید در مقابل اتمسفر مقاوم می‌‌شود و در محیطهای بسیار خورنده مثل اسیدها و نمکها و ... بخوبی پایداری می‌‌کند. به همین دلیل در موارد حساس که خوردگی قابل کنترل نیست، از قطعات قلع یا پوششهای قلع استفاده می‌‌شود. مصرف زیاد این نوع پوششها ، در صنعت کنسروسازی می‌‌باشد که بر روی ظروف آهنی این پوششها را قرار می‌‌دهند.

پوششهای کادمیم
این پوششها بر روی فولاد از طریق آبگیری انجام می‌‌گیرد. معمولا پیچ و مهره‌های فولادی با این فلز ، روکش داده می‌‌شوند.

فولاد زنگ‌نزن
این نوع فولاد ، جزو فلزات بسیار مقاوم در برابر خوردگی است و در صنایع شیر آلات مورد استفاده قرار می‌گیرد. این نوع فولاد ، آلیاژ فولاد با کروم می‌‌باشد و گاهی نیکل نیز به ‌این آلیاژ اضافه می‌‌شود.

[Sara12]

معرفی کتب مواد و متالورژی

http://forum.patoghu.com/images/poti/2009/01/7225.jpg

نام كتاب: مقدمه اي بر ترمو ديناميك مواد
نويسندگان: ديويد گسگل ترجمه : دكتر علي سعيدي انتشارات: جهاد دانشگاهي
توضيحات: فهرست مطالب: مقدمه - قانون اول ترموديناميك - قانون دوم ترموديناميك - تعبير آماري آنتروپي - توابع ترموديناميكي - ظرفيت گرمائي ، آنتالپي، آنتروپي و قانون سوم ترموديناميك



نام كتاب: مقدمه اي بر ترمو ديناميك
نويسندگان: ديويد گسگل ترجمه : دكتر علي سعيدي انتشارات: جهاد دانشگاهي
توضيحات: فهرست مطالب: تعادل فاز در سيستم تك جزئي - رفتار گازها - رفتار محلولها - انرژي آزاد - واكنشهاي گازي - واكنشهاي شامل فاز خالص كندانس و يك فاز گازي - تعادل در سيستمهاي واكنش شيميايي - الكتروشيمي



نام كتاب: كتاب جامع مهندسي و علم مواد
نويسندگان محمدي ، واعظيانتشارات:انتشارات فراروي
توضيحات: فهرست مطالب: شيمي فيزيك مواد - ترموديناميك مواد - كريستالوگرافي - خواص فيزيكي مواد - عمليات حرارتي - استحاله فازها - دياگرامهاي تعادلي سه جزئي - خواص مكانيكي مواد 1- خواص مكانيكي مواد 2 - شكل دهي فلزات - ريخته گري - انجماد فلزات




نام كتاب: استحاله فازها در فلزات و آلياژها
نويسندگان: پورتر ، ايسترلينگ ترجمه : محمد رضا افضلي انتشارات:مركز نشر دانشگاهي
توضيحات:فهرست مطالب: ترموديناميك و نمودارهاي فاز - پخش- فصل مشتركهاي بلوري و ريز ساختارانجماد - تبديلهاي پخشي در جامدها - تبديلهاي غير پخشي



نام كتاب: اصول و كاربرد عمليات حرارتي فولادها
نويسندگان: دكتر محمد علي گلعذار انتشارات:دانشگاه صنعتي اصفهان
توضيحات: فهرست مطالب: فازها و ساختارهاي بلوري - فازها و ساختارهاي تعادلي - مارتنزيت و بينيت - نمودارهاي زمان دما و دگرگوني - عمليات حرارتي براي تشكيل ساختارهاي تعادلي - سختي و سختي پذيري - آستنيت در فولادها - باز پخت - تغييرات ابعاد و اثرات آن - سخت كردن سطحي - فولادهاي زنگ نزن - فولادهاي ابزار - نكات عملي و كاربرديعيوب و عمليات حرارتي فولادها




نام كتاب: ترمو ديناميك مواد
نويسندگان:راگون ترجمه : مهندس جعفر خليل علافي انتشارات: دانشگاه صنعتي سهند
توضيحات: فهرست مطالب: قانون اول - قانون دوم - روابط خاص - تعادل - تعادل شيميايي - الكتروشيمي - محلولها - قانون فازها - نمودارهاي فازي - ترموديناميك آماري - زمينه قبلي




نام كتاب: تغيير شكل و مكانيك شكست مواد و آلياژهاي مهندسي
نويسندگان: هرتزبرگ ، ريچارد دبليو ترجمه : دكتر علي اكبر اكرامي انتشارات: دانشگاه صنعتي شريف
توضيحات: فهرست مطالب: پاسخ مواد به كشش - مباني نظريه نابجايي - لغزش و دوقلويي در جامدات بلوري - مكانيسمهاي مقاوم شدن در فلزات - پاسخ جامدات بلورين به تغيير شكل در دماي زياد - پاسخ پلاستيكهاي مهندسي به تغيير شكل - شكست - اجزاي مكانيك شكست - كنترل شكست با دماي تبديل - جنبه هاي ريز ساختاري چقرمگي شكست - ترك خوردن ناشي از محيط - خستگي تحت تنش و كرنش چرخه اي - گسترش ترك خستگي - تحليل شكستهاي مهندسي




نام كتاب: آشنايي با متالورژي فيزيكي
نويسندگان: اونر ترجمه : عبدالوحيد فتي ، محمد عرفاني اننتشارات: مركز نشر دانشگاهي
توضيحات: فهرست مطالب: ابزار كار در متالورژي - ساختار فلز و تبلور - تغيير شكل مومسان - تابكاري و كار گرم - تشگيل آلياژها - نمودارهاي فازي - نمودار تعادلي آهن،آهن كاربيد - عمليات گرمايي فولاد - فولادهاي آلياژي - فولادهاي ابزار - چدن - فلزها و آلياژهاي غير آهني - فلزها در دماهاي بالا و پايين - سايش فلزها - خوردگي فلزها - متالورژي پودر - تحليل شكست




نام كتاب: شكل دادن فلزات (متالورژي و مكانيك)
نويسندگان: ويليام هاسفورد ، رابرت كدل ترجمه : مهندس محمد رضا افضلي انتشارات: دانشگاه صنعتي شريف توضيحات: فهرست مطالب: تنش و كرنش - مومساني ماكروسكوپي و معيارهاي تسليم - كار سختي - ناپايداري مومسان - آهنگ كرنش و دما - كار ايدئال يا انرژي يكنواخت - تحليل قاچي،تراز نيرو - تحليل كران بالايي - نظريه ميدان خط لغزش - شكل هندسي منطقه تغيير شكل - شكلپذيري - خمكاري - ناهمسانگردي خواص مومسان - كاسگري ، باز كشش و اتو كاري - حدود شكل دادن - قالبزنيهاي ورق و آزمونها - خواص ورق فلزي




نام كتاب: حرارت و حركت در مواد
نويسندگان: سيد خطيب الاسلام صدر نژاد ترجمه :انتشارات:مركز چاپ و انتشارات
توضيحات : فهرست مطالب: رابطه خواص با ساختار - قانون اول ترمو ديناميك - قوانين دوم و سوم ترموديناميك - تعادل - جداول ترموديناميكي




نام كتاب: اصول متالورژي فيزيكي
نويسندگان: ريد-هيل ، رضا عباسچيان ترجمه : صالحي ، عبداه پور ، حسيني نسب انتشارات: دانشگاه علم و صنعت ايران
توضيحات: فهرست مطالب: ساختار فلزات - روشهاي تحليل - پيوندهاي بلوري - مقدمه اي بر نابجايي ها - نابجايي ها و تغيير شكل پلاستيك - مفاهيم اوليه مرزدانه ها - جاهاي خالي - آنيل كردن - محلول هاي جامد - نمودارهاي فازي (1)- نمودارهاي فازي (2) - نفوذ در محلولهاي جامد جانشيني - نفوذ بين نشيني - انجماد فلزات




نام كتاب: متالورژي مكانيكي
نويسندگان: جورج اي ديتر ترجمه : شهره شهيدي انتشارات: مركز نشر دانشگاهي
توضيحات:فهرست مطالب:مقدمه - روابط تنش و كرنش در رفتار كشسان - مقدمات نظريه مومساني - تغيير شكل مومسان تك بلورها - نظريه نابجايي ها - مكانيزمهاي استحكام دهي - شكست - رفتار مكانيكي مواد پليمر - آزمايش كشش - آزمايش پيچش - آزمايش سختي - خستگي فلزات - خرش و گسيختگي ناشي از تنش - شكست ترد و آزمايش ضربه - اصول فلزكاري - آهنگري - نورد فلزات - فشار كاري - كشيدن مفتول ، سيم و لوله - شكل دادن ورق فلزي - ماشينكاري فلزات - مكانيك شكست



نام كتاب: مسائل ترموديناميك مهندسي مواد
نويسندگان: يوز باشي زاده - واعظي - محمدي ترجمه :انتشارات:فراروي
توضيحات: فهرست مطالب: مسائل قانون اول ترموديناميك - مسائل قانون دوم ترموديناميك - مسائل آنتروپي و احتمالات - مسائل توابع ترموديناميكي - مسائل آنتالپي و آنتروپي استاندارد - مسائل تعادل فازي در سيستمهاي يك جزئي - مسائل گازها - مسائل محلولها - مسائل نمودارهاي انرژي آزاد مسائل واكنشهاي گازي - مسائل واكنشهاي گازي غير ممكن و نمودار الينگهام - مسائل واكنشهاي تعادلي و محلولها - مسائل الكتروشيمي




نام كتاب: ترموديناميك مواد
نويسندگان: دكتر محمد ابراهيم ابراهيمي ترجمه :انتشارات:مولف
توضيحات: فهرست مطالب: مروري بر قوانين رموديناميك و توابع ترموديناميكي - تعادل فاز در سيستمهاي تك جزئي - تعادل فاز در سيستمهاي تك جزئي - واكنشهاي شامل فاز كندانس و يك فاز گازي - ترموديناميك محلولها - نمودار انرژي آزاد - انواع حالتهاي استاندارد




نام كتاب: متالورژي كاربردي چدنها (1)
نويسندگان: مرعش مرعشي انتشارات: شركت نورد و توليد قطعات فولادي
توضيحات: خاكستري - آلاژي - ضد سايش فهرست مطالب: ذوب چدن خاكستري - انجماد چدن خاكستري - چدنهاي آلياژي - عمليات حرارتي چدن خاكستري - خواص ويژه چدن خاكستري غير آلاژي - چدنهاي ضد سايش - خواص مكانيكي ، فيزيكي و الكتريكي چدن خاكستري - تضمين كيفيت در چدن خاكستري




نام كتاب: متالورژي كاربردي چدنها (2)
نويسندگان: مرعش مرعشي انتشارات: شركت نورد و توليد قطعات فولادي
توضيحات: نشكن - چكش خوار - فشرده فهرست مطالب: ذوب چدن نشكن در كوره القايي بدون هسته - روشهاي كروي سازي - چدن نشكن آلياژي - كاربرد قطعات چدن نشكن در صنعت - كاربرد خواص چدن نشكن در طراحي - عمليات كنترل كيفيت در كارخانه ريخته گري چدن نشكن - چدنهاي ماليبل - عمليات حرارتي چدن ماليبل - چدن با گرافيت فشرده




نام كتاب: فولادها
نويسندگان: پروفسور هاني كامب ترجمه : شاخه مهندسي متالورژي جهاد دانشگاهي دانشكده فني دانشگاه تهرانانتشارات: جهاد دانشگاهي توضيحات: ميكرو ساختار و خواص
فهرست مطالب: آهن و محلولهاي جامد بين نشيني - مقاوم كردن آهن و آلياژهاي آن - نمودار تعادلي آهن كربن - مناطق فازي فريت و آستنيت و اثرات عناصر آلياژي - تشكيل مارتنزيت - واكنش بينيت - عمليات حرارتي فولادها ، قابليت سختي پذيري - بازگشت مارتنزيت - عمليات ترمو مكانيكي فولادها - تردي و شكست فولادها - فولادهاي آستنيتي



نام كتاب: فولاد سازي
نويسندگان: جكسون - هابارد ترجمه و تدوين : مهندس محمود فرازپي انتشارات: جهاد دانشگاهي
توضيحات: فهرست مطالب: كوره القايي - كوره قوس الكتريك - فولادهاي پر آلياژ - گازها در فولاد - سرباره ها و مواد نسوز - پاتيل ها - روشهاي كنترل فرآيند - كنترل كيفيت فولاد سازي در ريخته گري (1)- كنترل كيفيت فولاد سازي در ريخته گري (2)




نام كتاب: فولاد شناسي
نويسندگان: محمد جعفر هاديان فرد ترجمه :انتشارات: نويد شيراز
توضيحات: فهرست مطالب: فولادها و جايگاه آنها - آهن و فولاد - عمليات حرارتي در فولادها - توليد آهن و فولاد - عوامل مهم در انتخاب مواد - تقسيمات فولادها - استانداردهاي رايج فولادها در دنيا



نام كتاب: كتاب مواد
نويسندگان: مهندسين مصاحبي ، ستار انتشارات: اركان اصفهان
توضيحات: چكيده اي از دوازده درس تخصصي مهندسي مواد همراه با حل تشريحي آزمونهاي كارشناسي ارشد برگزار شده




نام كتاب: اصول شكل دادن فلزات
نويسندگان: محمد باقر ليمويي انتشارات: دانش پژوهان فردا
توضيحات: كتاب جهش همرا با تست فهرست مطالب: مباني شكل دادن فلزات - كشش - اكستروژن - نورد - آهنگري - تئوري خطوط لغزش و آناليز حد بالايي




نام كتاب: خواص فيزيكي مواد
نويسندگان:مالك نادري ، معصومه حقي ترجمه :انتشارات:دانش پژوهان فردا
توضيحات: كتاب جهش همراه با تست فهرست مطالب:ساختار بلوري جامدات - نفوذ - نمودارهاي تعادلي - نمودارهاي تعادلي آهن ، كربن - نمودارهاي سه تايي



نام كتاب: انگليسي براي دانشجويان رشته مهندسي مواد
نويسندگان: دكتر محمد فلاحي مقيمي انتشارات: سمت
توضيحات: contents : materials science engineering - history of metallurgy - solidification - heat treatment of metals - survey of mechanical working - general principle of extrusion - powder metallurgy - principles of founding industry - patternmaking - defect in castings - melting furnaces - iron and steel - aluminum - inspection and quality control - principles of metallurgical failures - safety in the foundry

اصول و کاربرد میکروسکوپ الکترونی و روشهای نوین آنالیز ابزار شناسی دنیای نانو
نویسندگان:
دکتر پیروز مرعشی، دکتر سعید کاویانی، دکتر حسین سرپولکی ودکتر غلیرضا ذوالفقاری

در این کتاب سعی شده تا با بهره گیری از مطالعات و تجربیات نویسندگان در زمینه میکروسکپ­های الکترونی و تکنیک های آنالیز تکمیلی، اصول کار این دستگاه ها و بعضی از کاربردهای آن­ها به صورت روشن توضیح داده شود تا علاوه بر عزیزانی که با مطالعه این کتاب وارد این حوزه می شوند، برای اساتید و محققان محترم نیز مفید باشد. همچنین تکنیک هامطرح شده در این کتاب در طیف گسترده ای از حوزه های مختلف پژوهشی از جمله متالورژی، سرامیک، شیمی، سطح، فیزیک، پلیمر، پزشکی و داروسازی کاربرد دارد.


http://forum.patoghu.com/images/poti/2009/01/7226.jpg
عنوان کتاب : فرهنگ موضوعی و مصور لغات و اصطلاحات ریخته گری
با راهنمای الفبایی انگلیسی و فارسی
نویسنده : داود دستپاک با همکاری حمید وکیلیان
شابک : 964-06-8579-8

درباره کتاب :
واژه های انگلیسی این کتاب از یک فرهنگ ریخته گری چاپ امریکا، دو فرهنگ ریخته گری چاپ انگلستان، یک فرهنگ ریخته گری هشت زبانۀ چاپ فرانسه، یک دایره المعارف متالورژی چاپ انگلستان و چاپ تجدید نظر شدۀ آن با عنوان دایره المعارف متالورژی و مواد، دو فرهنگ ریخته گری آلمانی- انگلیسی، انگلیسی- آلمانی؛ واژه نامه های استاندارد منتشره توسط موسسۀ استاندارد انگلستان و " انجمن آمریکایی آزمون و مواد" و تعدادی کتب ریخته گری منتشره در انگلستان و آمریکا جمع آوری شده و بصورت موضوعی در 10 فصل، شامل 41 بخش، تقسیم بندی شده است.


اصول متالورژی فیزیکی
http://forum.patoghu.com/images/poti/2009/01/1.jpg?1188669427

رابرت ریدهیل، رضا عباسچیان، محمدرضا افضلی (مترجم)
یمت پشت جلد: 130000 ریال
مشخصات کتاب

* تعداد صفحه: 1150
* نشر: دانشگاه صنعتی شریف، انتشارات علمی (14 مرداد، 1386)
* شابک: 964-7982-68-2
* قطع کتاب: وزیری
* وزن: 2050 گرم

این کتاب ترجمه ی کامل کتاب دکتر عباسچیان هستش.


Metal Forming Handbook
by Schuler GmbH
http://forum.patoghu.com/images/poti/2009/01/7227.jpg

Metal Forming Handbook
By Schuler GmbH

* Publisher: Springer
* Number Of Pages: 568
* Publication Date: 1998-07-31
* ISBN-10 / ASIN: 3540611851
* ISBN-13 / EAN: 9783540611851
* Binding: Hardcover

Book Description:

The "Metal Forming Handbook" presents the fundamentals of metal forming processes and press design. As a textbook and reference work in one, it provides an in-depth study of the major metal forming technologies: sheet metal forming, cutting, hydroforming and solid forming.
Written by qualified, practically-oriented experts for practical implementation, supplemented by sample calculations and illustrated throughout by clearly presented color figures and diagrams, this book provides fundamental information on the state-of-the-art in the field of metal forming technology.

منبع:win64.******


Nanostructure control of materials
کنترل ساختار مواد در ابعاد نانو
Book Description

Nanostructured materials present exciting opportunities for manipulating structure and properties on the nanometer scale. The ability to engineer novel structures at the molecular level has led to unprecedented opportunities for materials design. This new book provides detailed insights into the synthesis/structure and property relationships of nanostructured materials. Nanostructure Control of Materials covers topics ranging from the special properties resulting from nanodimensionality, the control of molecular assemblies, and nanodimensionality and ionic transport through hydrogen storage in nanostructures materials and nanofabrication.
Hardcover: 344 pages)
Language: English

[Sara12]

اثرات زیست محیطی استخراج آلومینیوم

فرآیندهای استخراج مقدار زیادی انرژی مصرف می كنند كه اغلب از احتراق سوخت های فسیلی تامین می گردد. این سوخت ها تجدید ناپذیر بوده و محدودیت های تولید و مصرف آن در فرآیندهای مورد نظر ، ضرورت های حیاتی و گریز ناپذیر ، بهینه كردن مصرف آن را ایجاد می كند. ازسوی دیگر مشكلات ناشی از آلوده سازی محیط ، رعایت مسائل زیست محیطی و شرایط و تعهدات بین المللی لازم می باشد. مصرف بی رویه سوخت های فسیلی و عدم رعایت استانداردهای جهانی می تواند عرصه زندگی را برای انسان این عصر هرچه بیشتر تنگ نماید. به همین منظور در این مقاله ابتدا فرآیند استخراج آلومینیوم به اختصار بیان شده و بعد الودگی و مسائل زیست محیطی مرتبط با این فرآیند مورد بحث قرار می گیرد.


آلومینیوم یكی از فلزات پر مصرف و استراتژیك می باشد. این فلز پس از آهن با تولیدی در حدود 17 ملیون تن در سال بالاترین تولید جهانی فلزات را دارد. روش های تولید آلومینیوم را می توان در پنج روش مختلف گنجاند و بررسی كرد. ولی در حال حاضر آلومینیوم از الكترولیز ملح مذاب اكسید آن ( آلومین ) بدست می آید. با وجود آنكه آلومینیوم سومین عنصر فراوان پوسته زمین ( پس از اكسیژن و سیلیسیوم) است و مقدار آن در پوسته زمین 8.8% است. ولی تنها منبع اقتصادی برای تولید اكسید آلومینیوم (Al2O3) ، سنگ معدنی به نام بوكسیت می باشد. بوكسیت یك كانی نبوده و مینرال های آن بوهمیت و ژیپست است. بوكسیت از نظر عیار 50 تا 60 درصد آلومینا(Al2O3) داردو مهمترین ناخالصی های آن Fe2O3, SiO2, Tio2 می باشند.


مراحل تولید آلومینیوم در روش الكتریكی عبارت اند از:


1- استخراج و آماده سازی بوكسیت :


این مرحله مثل سایر فلزات ، شامل خرد كردن ، آسیاب كردن و... است.


2- تولید Al2O3 خالص:


كه شامل مراحل زیر است: لیچینگ گرم ، جدا كردن رسوب ها از محلول ، رسوب دادن Al(OH)3 از محلول و تكلیس Al(OH)3 و تولید پودر Al2O3


لیچینگ گرم: بوكسیت نرم شده وارد سود غلیظ می شود و در دمای بین 180 تا 220 و فشار بین 4 تا 25 اتمسفر آلومینات سدیم تولید می شود( NaAlO2 )


جدا كردن رسوب ها از محلول : به روش Settling( ته نشین شدن به علت آرام بودن سیال) عمده رسوب های ته نشین شده ، جدا می گردند . سپس محلول با آب داغ شسته شده ، با افزودن نشاسته به آن ----- می شود. به رسوبات باقیمانده گل سرخ Red Mud گفته می شود.


رسوب دادن Al(OH)3 از محلول: كه شامل سرد كردن محلول باقیمانده تا دمای 35، افزودن آب به محلول ، اضافه كردن پودر Al2O3 به عنوان جوانه زا، دادن زمان كافی


تكلیس Al(OH)3 و تولید پودر (Al2O3) : خلوص پودر نهایی 99 تا 99.5 درصد است.


3- استخراج الكتریكی آلومینیوم:


برای این منظور از روش الكترولیز موسوم به Hall- Heroult استفاده می شود. شكل زیر اجزای این دستگاه الكترولیز را نشان می دهد:

http://forum.patoghu.com/images/poti/2009/01/7228.jpg

الكترولیت نمك مذاب شامل AlF3, NaF,Al2O3است. اگر آلومینیوم تولیدی ته نشین نمی شد. مقاومت الكترولیت را بالا می برد و مهمتر اینكه دوباره اكسید می شد و تلفات افزایش می یافت. سیستم طوری تنظیم می گرددكه به طور مداوم Al2O3 وارد محلول شود و درصد آن در محلول ثابت بماند. آند گرافیتی در اثر واكنش با اكسیژن اطرافش و Al2O3 موجود در محلول ، مصرف می گردد و باید جایگزین شود. فرآیند الكترولیز مداوم است و در نتیجه شارژ مواد اولیه نیز باید مداوم باشد. به طوری كه همیشه یك لایه Al2O3 روی الكترولیت موجود باشد. خروج آلومینیوم بوسیله پمپ خلا صورت می گیرد.


اثرات زیست محیطی:


1- استخراج و آماده سازی بوكسیت :


مرحله اول عملیات اكتشاف است كه ارتباط نزدیكی بین حوزه های آب زیر زمینی ، ذخایر خاكی با مراحل مختلف معدن كاری وجود دارد. عملیات اكتشاف شامل بررسی های هیدرولیكی و عملیات اكتشافی است. كه به اختصار آلودگی های زیستمحیطی در این مرحله عبارت اند از:


- تست های ردیاب : از خطرات این روش وارد شدن مواد ردیاب و رادیواكتیو در منطقه است
- تست های پمپاژ بلند مدت: در این روش پایین بودن سطح آب های زیرزمینی در مجاورت یك چاه باعث خسارت موقتی به چاه كناری می شود.


– تست های تزریق: تغییر موقتی رژیم آب های زیرزمینی و مشكل همساز بودن آب تزریقی با محیط زیست منطقه از تأثیرات این روش است.


– چاه های عمودی و تو نل ها : این روش باعث زهكشی و رسوخ آب به لایه های داخلی می شود .


– عملیات تخلیه: از تأثیرات این روش می توان به مشكلات ناشی از پسماند فلاشینگ و ذخیره سازی مواد حفاری در چال های آزمایشی و تونل ها، فرسایش مواد توسط باد، رسوب و نشست مواد به داخل منابع آب كه باعث آلودگی آب می شود، اشاره كرد .


- حفاری : از تأثیرات این روش می توان به مشكلات صوتی ناشی از حفاری به صورت اختلال در زندگی انسانی و حیوانی ، ایجاد آلودگی در آب های زیرزمینی در صورت حفر چاه نزدیك محل حفاری، بالا آمدن سطح نمك در خاك ، كاهش كیفیت منابع بكر،


- كاواك های آزمایشی: از تأثیرات این روش می توان اثرات ناشی از برداشت خاك و آسیب به پوشش گیاهی منطقه را ذكر كرد.


مرحله بعد استخراج سنگ معدن است كه تاثیرات محیطی زیادی دارد . اما در كل ، ضربه اصلی در از بین بردن پوشش های گیاهی وارد می شود. روبرداری بی رویه یا مدریت غلط منجر به كم شدن زیستگاه های حیوانات و گیاهان می گرددو توسعه جنگل ها و زراعت و .. را مشكل می سازد. همچنین استخراج معدن روی آب های محلی و هوا تاثیر می گذارد. به طور مثال ، با برداشتن لایه های روی زمین ، آب های سطحی می توانند آلوده ، اسیدی و گل آلود شوند. فرسایش در ناحیه معدن به سرعت صورت می گیرد. اگر خاك پوشش و محافظ نداشته باشد فرسایش خاك زیاد شده ، شرایط آب و هوایی تغییر كرده ، گرد و غبار در هوا زیاد شده و نیاز به تصویه آب بوجود می آید. معدن روباز مناظر بدی از لحاظ بصری ایجاد میكنند. همچنین می توان سر و صدای ماشین ها و صدای انفجار كه موجب آلودگی شدید صوتی می شود را به مجموعه عوامل فوق اضافه كرد.


2- تولید Al2O3 خالص:


در تهیه و پالایش سنگ معدن مقدار آلودگی ایجاد شده بستگی به روش بكار برده شده ، میزان خلوص و كیفیت سنگ معدن دارد. خطر اصلی در این مرحله باقی مانده بوكسیت ، یعنی گل سرخ است، كه دارای خاصیت قلیایی بوده و از كارخانه آلومینیوم سازی خارج می شود. این ماده روی زمین رها شده و یا در دریا ریخته می شود و یا در جاهای خاصی پلمپ می شود. این گلاب و خروجی دارای تاثیرات زیر است:


- نشت قلیا به درون آب های زیرزمینی كه ممكن است این آب وارد چرخه صنعت ،خانگی و یا كشاورزی شود.


- كاهش زمین های مناسب برای كشاورزی


- آلودگی مناطق خشك و ایجاد مناظر زشت


نوع دیگری از آلودگی ها كه در حین خرد كردن ، تكلیس و انبار داری بوجود می آید ، آلودگی هوا ( غبار و گازهای سمی) است. این آلودگی ها شامل بوكسیت ، آهك ، ذرات آلومینیوم ، SO2 ، NO2 ، ذرات بوكسیت كم عیار و ذرات معلق پنتا اكسید وانادیم است. مقدار SO2بستگی به نوع سوخت مصرف شده و همچنین نوع دستگاه های مصرف كننده و سرویس بودن آنها دارد. گازهای تولید شده جمع آوری نمی شوند و موجب تاثیرات محیطی ، اثر گلخانه ای و بوجود آمدن باران اسیدی خواهند شد. در فرآیندهای هیدرومتالوژی به طور حتم مایعات دور ریز و مواد جامد ناخواسته داریم كه قبل از هر اقدامی باید این مواد تحت پروسه های بازیابی و تصفیه قرار گیرند. محلول های آبی دور ریز ممكن است شامل فلزات سنگین باشند هرچند ممكن است قیمت این اجزا در محلول های دور ریز كم بوده باشد اما این عناصر می توانند در زنجیره غذایی حیوانات وارد شده و با مصرف اغذیه آلوده ؛ به سلامت اندام های بدن آسیب رسانند.


محیط كاری نیز می تواند برای كارگران بشدت خطرناك باشد. زمانی كه كارگران با مواد خورنده چون اسید و سود سروكار دارندو دوروبر آنها آلودگی شدید صوتی به همراه ذرات غبار و مواد سمی وجود دارد.


3- استخراج الكتریكی آلومینیوم:


مهمترین مشكل زیست محیطی در این بخش نشر و پخش فلورید است. كه تاثیرات مخربی روی سلامتی افرادی كه مشغول به كار هستند دارد( منجر به مسمومیت فلوریدی و اختلالات استخوانی می شود) بخارات و ذرات فلورین از مذاب كریولیت نشت می كنند این بخارات در گاز خروجی از آند هم یافت می شوند. همچنین بخارات SO2 ( اگر اند شامل تركیبات گوگرد باشد) و بخارات قطران نیز از آند متصاعد می شود. این بخارات در حین پخت آند نیز ظاهر می گردد. خارج شدن ذرات غبار و دی اكسید نیتروژن را نیز می توان به قسمت های قبل اضافه كرد.


مشكلات دیگر این قسمت عبارت اند از : آلودگی آب ، زباله ها ، سر وصدا ، گرما


آلودگی آب زمانی است كه سیستم تمیزكاری آبی( پاشش آب) برای تمیز كردن بخارات سلول ها بكار رود. این آب شامل فلورید و ذرات معلق جامد مثل آلومینا و كربن است كه نیاز به تصفیه قبل از تخلیه دارد . مشكل دیگر زباله های جامد است كه شامل محفظه های از بین رفته می باشد( سلول ها هر 4-5 سال نیاز به تعویض دارند.) كه قبل از قرار دهی آنها در هوای آزاد و یا انبار باید از مواد سمی و فلوئور دار تصفیه گردند. همچنین داخل كوره ذوب پسماندهایی تولید می شود كه می تواند تولید ذرات ناپایدار یا گازهایی مثل آمونیاك كند. سروصدا و گرما در قسمت كوره شرایط سختی را بوجود می آورد كه روی سلامتی كارگران تاثیر می گذارد.


آلودگی غیر مستقیم دیگر مصرف بسیار بالای الكتریسیته است . كه باید كارخانه در نزدیكی نیروگاه تاسیس شود. كه تاسیس نیروگاه های سوخت فسیلی نیز آلودگی های مختص به خود را دارد.

[Sara12]

مهار خوردگی در سیستم های سه فازی چاهها و لوله های گاز

نويسنده : نجمه اهل دل

http://forum.patoghu.com/images/poti/2009/01/7243.jpg

خوردگي يكي از مشكلات عمده در صنايع نفت و گاز به شمار مي آيد كه سالانه مبالغ هنگفتي، به خود اختصاص مي دهد. وقفه در توليد، زيان هنگفتي چه از نظر توليد هيدروكربن و چه از نظر هزينه تعميرات در پي خواهد داشت. بنابراين سلامت تجهيزات در طول عمر مفيد آن ها يك مسأله اساسي به نظر مي رسد. استفاده از بازدارنده هاي خوردگي سال هاست كه به عنوان يكي از روش هاي كارآمد در صنايع نفت و گاز به كار گرفته مي شود.بازدارنده ماده اي است كه به تعداد كم به سيستم افزوده مي شود تا واكنش شيميايي را كند يا متوقف كند. بازدارنده هاي مورد استفاده در صنايع نفت و گاز معمولا از نوع تشكيل دهنده لايه سطحي (film former) هستند. اين بازدارنده ها با سطح فلز واكنش مستقيم ندارند و با ايجاد لايه محافظي از مواد آلي قطبي برروي سطح فلز، سبب بازدارندگي مي شوند. لايه مولكولي اوليه ممكن است پيوندهاي قوي از طريق تبادل بار الكتريكي با سطح برقرار كند و به صورت شيميايي جذب شود، اما لايه هاي بعدي از طريق پيوندهاي ضعيف فيزيكي جذب لايه اول مي شوند. وجود گروه هاي بلند هيدروكربني، در مولكول هاي اين بازدارنده يك سد فيزيكي در برابر ذرات خورنده به وجود مي آورد. كاركرد ديگر بازدارنده ها، كاهش قابل ملاحظه جريان الكتريكي از طريق افزايش مقاومت اهمي مي باشد.

در سال هاي اخير استفاده از روش جديد تثبيت pH در سيستم هاي مختلف گاز مطرح شده است و براي اولين بار در ايران و در پارس جنوبي فاز دو و سه توسط شركت توتال (TOTAL FINA ELF) مورد استفاده قرار گرفته است. اساس روش تثبيتpH استفاده از گليكول مي باشد. گليكول به منظور جلوگيري از هيدراته شدن به سيستم افزوده مي شود. تثبيت كننده به گليكول غيراشباع افزوده مي شود. اين تثبيت كننده مي تواند آلي يا معدني باشد. اين مواد مقدار pH را بالا مي برند و سبب تشكيل رسوبات محافظ مي شوند.افزايش pH در همه نقاط لوله تا يك مقدار موردنظر باعث تشكيل يك لايه محافظ و پايدار كربنات آهن يا سولفيد آهن مي شود كه مي توان سطوح داخلي خطوط لوله را در برابر خوردگي محافظت كند. تثبيت كننده در ساحل همراه با گليكول بازيابي مي شود و دوباره به سمت سكو (PLATFORM) فرستاده مي شود.بعد از آن مقدار كمي افزودني براي پايدار كردن سيستم و حصول محافظت كامل كافي است. در اين مقاله روش هاي مختلف پيش گيري و روش جديد تثبيت pH تشريح مي شود. يادآور ي مي نمايد كه در تدوين اين مقاله آقايان سعيد نعمتي (كارشناس برنامه ريزي مجتمع گاز پارس جنوبي)، دكتر سيروس جوادپور و دكتر عباس علي نظربلند (استادان دانشكده مهندس دانشگاه شيراز) مؤلف را ياري كرده اند.

• روش هاي كنترل خوردگي

خوردگي در صنايع گاز به يكي از روش هاي زير كنترل مي شود:

• آلياژهاي مقاوم به خوردگي
• بازدارنده هاي خوردگي
• روش تثبيت
• آلياژهاي مقاوم به خوردگي

استفاده از آلياژ مقاوم به خوردگي در خطوط لوله به هيچ صورت مقرون به صرفه نمي باشد. علي الخصوص در مورد لوله هاي طويل و بزرگ كه مشكلات جوش و اتصالات نيز وجود دارد. اين روش فقط در موارد خاص در خطوط لوله انتقال گاز به كار مي رود.براي كنترل خوردگي داخلي خطوط لوله از جنس فولاد كربني در يك سيستم چند فازي دو روش ديگر را مي توان به كار برد.

• بازدارنده هاي خوردگي

از جمله راه هاي كاهش خوردگي استفاده از بازدارنده هاي خوردگي است. بازدارنده ماده اي است كه به مقدار كم به سيستم افزوده مي شود تا واكنش شيميايي را كند يا متوقف كند. وقتي يك بازدارنده خوردگي به محيط خورنده اضافه مي شود سرعت خوردگي را كاهش مي دهد يا به صفر مي رساند.اولين بار يك بازدارنده معدني به آرسنيت سديم براي بازدارندگي فولادهاي كربني در چاه هاي نفت مورد استفاده قرار گرفت تا از خوردگي CO2 جلوگيري كند، اما به دليل پايين بودن بازده، رضايت بخش نبود، در نتيجه ساير بازدارنده ها مورد استفاده قرار گرفتند.در سال هاي 1945 تا 1950 خواص عالي تركيبات قطبي با زنجيره هاي بلند كشف شد. اين كشف روند آزمايش هاي مربوط به بازدارنده هاي آلي مورد استفاده در چاه ها و لوله هاي نفت و گاز را دگرگون ساخت.اين بازدارنده ها از طريق ايجاد يك لايه محافظ سطحي مانع از نزديك شدن ذرات خورنده به سطح فلز مي شوند. به اين نوع بازدارنده ها لايه ساز يا تشكيل دهنده سطحي (film forming) مي گويند كه اغلب پايه آميني دارند.

• خصوصيات بازدارنده هاي خوردگي

خصوصياتي از بازدارنده هايي كه بر عملكرد و كارآيي آن ها تأثير مي گذارند شامل موارد زير است:

1-سازگاري با ديگر مواد شيميايي: از آن جايي كه در سيستم هاي گازي ممكن است دو يا چند ماده شيميايي مورد استفاده قرار گيرد، لذا بازدارنده نبايد باعث اثرات جانبي بر روي آن ها شود (براي مثال مواد ضد كف و ضد امولسيون به همراه بازدارنده هاي خوردگي در صنايع گاز به كار رود).
2-كارايي در شرايط تنش برشي بالا: گاهي اوقات خروج از گاز چاه يا خطوط لوله تنش برشي بالايي به وجود مي آورد، به همين دليل مقاومت فيلم محافظ در برابر تنش برشي از اهميت فراواني برخوردار است و بايستي مورد بررسي قرار گيرد.
3-پايداري در برابر دما و فشار بالا: محدوده دما و فشار در چاه ها و مخازن گاز و لوله ها بالاست و بازدارنده بايد بتواند اين دما و فشار را تحمل كند و در اين شرايط پايداري و كارايي خود را از دست ندهد.
4-پايداري فيلم محافظ با گذشت زمان: اين فاكتور،تعيين كننده روش اعمال بازدارنده و مقدار آن مي باشد.
5-تشكيل امولسيون: تشكيل امولسيون يكي از بزرگترين مشكلات بازدارنده هاي نفت و گاز مي باشد. بازدارنده هاي لايه ساز شامل مولكول هاي فعال سطحي هستند و تشكيل امولسيون را تشديد مي كنند.
6-حلاليت بازدارنده: بيشتر روش هاي اعمال بازدارنده ها شامل رقيق كردن بازدارنده با يك حلال مناسب آلي يا آبي مي باشد.
7-سميت: به كار بردن بازدارنده ها نبايد محيط زيست را دچار آلودگي كند.

روش هاي اعمال بازدارنده ها:

•روش ناپيوسته
•روش پيوسته
•روش Squeeze
• روش ناپيوسته در مخازن گازي به دو صورت انجام مي گيرد:

الف- روش Short Batch: در اين روش مواد بازدارنده خوردگي در يك حلال مناسب (آلي يا آبي) حل و با شدت مشخص به داخل لوله مغزي پمپ مي شود.محلول بازدارنده در بالاي لوله مغزي يك پيستون تشكيل مي دهد.
ب-روش Full Tubing Displacement: در اين روش چاه بسته مي شود و محلول بازدارنده رقيق شده با حلال مناسب تزريق مي گردد و معمولا به همراه سيال مناسبي مثل گازوئيل يا گاز نيتروژن جا به جا مي شود و به طرف پايين مي رود. پايين رفتن ستوني محلول باعث آغشته شدن كل سطح مي شود. اين روش نسبت به روش قبل كم هزينه تر است.

• روش پيوسته

مهمترين عامل در تعيين و انتخاب روش تزريق نوع تكميل چاه مي باشد. در زير به چند نوع تكميل چاه اشاره مي شود: الف-Dual Completion: در اين نوع تكميل، دو لوله مغزي به صورت موازي يا متحدالمركز در چاه رانده مي شود كه لوله با قطر كمتر به منظور تزريق بازدارنده خوردگي استفاده مي شود. سرعت تزريق ماده به گونه اي درنظر گرفته مي شود كه از بازگشت محلول بازدارنده به سمت بالا جلوگيري شود.
ب-Capillary or Small Bore Tubing: در نوع تكميل چاه يك لوله با قطر كم به موازات لوله مغزي در فضاي بين لوله مغزي و ديواره رانده مي شود كه تزريق بازدارنده از اين مسير انجام مي گيرد.
ج-Side Pocket Mandrel Valve: در اين نوع تكميل فضاي بين لوله مغزي و ديواره كه annulus ناميده مي شود، از بازدارنده پر مي شود درحالتي كه فشار برروي ستون مايع از فشار لوله مغزي بيشتر شود بازدارنده به داخل لوله مغزي تزريق مي گردد. از معايب اين روش طولاني بودن زمان ماند بازدارنده در فضاي بين ديواره و لوله مغزي مي باشد.
د-Low Cost Completion:در اين نوع تكميل فضاي بين ديواره و لوله مغزي توسط پمپ سر چاه از بازدارنده پر مي شود و از طريق سوراخ هاي روي لوله مغزي كه كمي بالاتر از Packer وجود دارد، محلول به داخل لوله مغزي تزريق مي گردد. در اين نوع تكميل، بازدارنده بايد از پايداري حرارتي بالايي برخوردار باشد.
هـ-Packerless Completion: در اين نوع تكميل چاه Packer وجود ندارد و در نتيجه فضاي حلقوي به لوله چاه ارتباط دارد و تزريق از محل سرچاه به داخل فضاي حلقوي و در نهايت در لوله مغزي صورت مي گيرد. پايداري حرارتي بازدارنده با توجه به زمان ماند طولاني و مشكلات عملياتي در پمپ هاي تزريق از مشكلات اين نوع تكميل مي باشد.

روش Squeeze

در اين روش پس از بستن چاه،محلول بازدارنده با فشار از طريق لوله مغزي به درون چها پمپاژ مي شود. هدف اين است كه محلول بازدارنده به درون خلل و فرج سازند نفوذ كند. اين روش در چاه هاي با نوع تكميل مختلف مي تواند استفاده شود. دوره هاي تزريق بستگي به نوع بازدارنده، طبيعت سازند و سرعت توليد دارد. چاه پس از عمليات تزريق در مدار توليد قرار مي گيرد. در ابتدا غلظت بازدارنده در گاز توليدي زياد است و در همين فاصله زماني است كه فيلم محافظ روي سطح تشكيل مي شود. پس از مدتي غلظت بازدارنده كاهش مي يابد بنابراين در ادامه توليد فيلم محافظ تقويت و ترميم مي شود.

• روش تثبيتpH

تاريخچه روش تثبيت pH
تكنيك تثبيت pH در دهه هفتاد ميلادي از يك مشاهده ساده سرچشمه گرفت. در آن سال ها مشاهده شد كه درواحدهاي دهيدارته سازي گاز گليكول را به كار مي برند، به ندرت خوردگي چشمگيري مشاهده مي شود. علت اين امر pH بالاي آن واحدها بود. به نحوي كه لايه هاي تشكيل شده سطوح را محافظت مي كردند. مطالعات و آزمايش هاي بعدي نشان دادند كه مي توان اين روش را جايگزين استفاده از بازدارنده هاي خوردگي كرد. در راستاي برنامه هاي تحقيقاتي، اين روش براي اولين بار در سن جورجيو در ايتاليا مورد استفاده قرار گرفت. گاز اين ميدان شيرين (فاقدH2Sو فقط شامل (CO2 بود. اين روش در ميدان مذكور با موفقيت روبه رو شد.در دهه هشتاد ميلادي اين روش در ميدان هاي گاز شيرين به صورت روش مكمل مورد استفاده قرار گرفت. در دهه نود نياز به پرداختن به اين روش به عنوان يك تكنيك ديده مي شد. بنابراين در كنفرانس بين المللي انستيو خوردگي موسوم به NACE شركت هاي بزرگ نفتي شامل TOTAL FINA, STATOLLت,AGIP BPت,SHELL وELF يك پروژه تحقيقاتي را در انستيو انرژي نروژ (IFE) راه اندازي كردند. اولين فاز اين پروژه اثبات كارايي تثبيت pH به عنوان يك روش كنترل خوردگي در خطوط لوله چند فازي گاز شيرين بود. براساس اين نتايج و هم چنين آزمايش هاي مختلف، استفاده از بازدارنده هاي خوردگي در سيستم هاي شيرين (فاقد H2S) كاملا منحل اعلام شد. در دهه هشتاد و نود ميلادي، شركت توتال TOTAL ,FINA, ELF تعداد زيادي از ميدان ها را در نروژ و هلند با به كاربردن روش تثبيت pH محافظت كرد. روش تثبيت pH امروزه كاملا شناخته شده است و براي سيستم هاي گاز شيرين كه در آن ها گليكول مصرف مي شود، به كار مي رود.كاربرد اين روش براي سيستم هاي ترش، نسبتا جديد مي باشد. در سال 1998 آزمايش هاي كيفي انجام شده توسط شركت توتال در IFE روش تثبيت pH را براي دو خط لوله گاز 105 كيلومتري 32 اينچي دريايي در پارس جنوبي در ايران انتخاب كرد. اين خطوط يك سال است كه راه اندازي شده اند.

• جنبه هاي تئوري حفاظت و كنترل
مكانيزم كلي تثبيت pH براساس به كار بردن يك باز قوي به عنوان تثبيت كننده براي افزايش pH در همه نقاط لوله مي باشد. رسيدن به اين هدف به كمك طيف وسيعي از مواد شيميايي بازي چه از نوع آلي (MDEA, MBTNa) و چه از نوع معدني (NaCO3, NaOH, KOH) ميسر مي شود.اين بازها اسيديته حاصل از گازهاي اسيدي را H2S, CO2كاهش مي دهند. در نتيجه اسيديته سيال در اثر توليد آنيون هاي بي كربنات و بي سولفيد كاهش مي يابد. در اثر افزايش مقدار بي كربنات و بي سولفيد، محصولات خوردگي در pH موردنظر بر روي سطح فلز شكل مي گيرند و يك حفاظت پايدار در برابر ذرات خورنده به وجود مي آورند.

• فاكتورهاي كليدي محافظت در سيستم هاي شيرين

اولين تحقيقات در مورد كارايي اين روش بر روي سيستم هاي شيرين انجام گرفت.هدف اين برنامه بررسي كارايي انواع تثبيت كننده هاي آلي و معدني شامل اندازه گيري خوردگي در حلقه جريان (Flow Loop) و سلول شيشه اي (glass cell) و هم چنين بررسي دقيق خصوصيات لايه هاي خوردگي تشكيل شده برروي سطح فلز بود. زيرا اين لايه ها فاكتورهاي كليدي در مهار خوردگي هستند. نتايج اين تحقيقات در زير آمده است.
-كارايي روش تثبيت pH بستگي به محافظت لايه هاي محصولات خوردگي دارد.
-در شرايط شيرين لايه محصول خوردگي كربنات آهن مي باشد. مقدار محافظت اين لايه و زمان لازم براي دستيابي به محافظت كامل، به دو پارامتر زير بستگي دارد:

# pH محل موردنظر (بستگي به فشار جزيي CO2 وغلظت تثبيت كننده دارد)
#دما: سريع ترين تشكيل لايه محافظ در بالاترين دما صورت مي گيرد و طولاني ترين زمان براي تشكيل لايه محافظ در دماي كمتر از 40 درجه سانتي گراد مي باشد.
-ديگر پارامترها، مثل شرايط اوليه سطح فلز و مقدار آهن حل شده در سيال به عنوان فاكتورهاي ثانويه معرفي شده اند. و برسينتيك تشكيل لايه ها اثر گذارند.
-pH محل برابر با 6.5 محافظت را در شرايط شيرين به طور كامل تضمين مي كند.
-تثبيت كننده هاي آلي و معدني كارايي يكساني را از نقطه نظر خوردگي ايجاد مي كنند هر دو آنيون هاي بي كربنات و كربنات مي سازند و انتخاب آن ها براساس شرايط محيطي، در دسترس بودن و ايمني مي باشد.

فاكتورهاي كليدي محافظت در سيستم هاي ترش

اساس روش تثبيت pH در محيط هاي حاوي H2S (محيط هاي ترش) مشابه با محيط هاي شيرين (فاقد(H2S مي باشد. اما تفاوت هاي اساسي زير را بايد درنظر گرفت:

-در محيط هاي ترش هم مشابه محيط هاي شيرين تشكيل لايه محافظ محصولات خوردگي اساس محافظت مي باشد.
-به دليل حلاليت بسيار كم سولفيد آهن، در مقايسه با كربنات آهن، (هزار برابر كمتر) لايه سولفيد آهن محافظت بهتري نسبت به كربنات آهن دارد و به محض اين كه مقادير H2S به ميزان لازم برسد، لايه سولفيد آهن تشكيل مي شود. سولفيد آهن بسته به pH و دما، در انواع شكل هاي كريستالي (مكنويت، پيروتيت و پيريت) تشكيل مي شود. اين سولفيد ها در pH مشخص، قابليت حفاظت مختلفي دارند.
-با توجه به تأثير دما كمترين محافظت در محدوده 60 تا 70 درجه سانتي گراد وجود دارد. در اين دما و در pHهاي كم، تمايل به حفره دار شدن در فولاد ديده مي شود بنابراين كنترل pH در اين دما حياتي است. در pH برابر با 60 تا 70 درجه سانتي گراد (بحراني ترين دما) هيچ تمايلي به خوردگي ديده نمي شد و لايه هاي سولفيد آهن هم بيشترين حفاظت را در همين pH داشتند.
-همان طور كه انتظار مي رود، سرعت جريان سيال تأثيري بر كيفيت محافظت در كل طول لوله ندارد.

• پايش خوردگي در روش تثبيت pH

پايش خوردگي (Corrosion Monitoring) از طريق بررسي مداوم pH صورت مي گيرد. مقدار pH نبايد كمتر از حد موردنظر باشد. در صورت مناسب بودن مقدار pH مي توان از محافظت در كل خط لوله اطمينان حاصل كرد. با استفاده از پروب pH مي توان مقدار pH را بررسي كرد. اين راه حل فوق العاده است. زيرا پايش به صورت اتوماتيك انجام مي گيرد. اما كاربرد اين پروپ ها در سيستم هاي ترش توصيه نمي شود. بنابراين شركت توتالpH محيط را از طريق بررسي آب گليكول دار در شرايط آزمايشگاهي (فشار bar 1 گاز CO2 ) ارزيابي مي كند.
pH مخلوط MEG و آب از طريق معادله زير محاسبه مي شود.
pH=K+Log[pHstab]-Log(p*%CO2+%H2S)
K ثابت جدايش است كه به مقدار گليكول بستگي دارد.
P فشار كل گاز
[pHstab] غلظت تثبت كننده با واحد مول بر ليتر در اندازه گيري در شرايط آزمايشگاهي مذكور معادله به اين صورت تغيير مي كند.
pH=(1bar CO2)=K+Log[pHstab]
سپس مقادير به دست آمده در آزمايشگاه از طريق معادله زير به pH محيط تبديل مي شود.
pH=(1bar CO2)-Log(P*(%CO2+%H2S)
هم چنين پايش خوردگي با استفاده از كوپن ها و پروب هاي الكتريكي در موقعيت ساعت شش در ورودي و خروجي خطوط انجام مي گيرد.

• نتيجه گيري

روش تزريق بازدارنده به عنوان يكي از روش هاي كنترل خوردگي از ديرباز در صنايع گاز مورد استفاده قرار مي گرفته است. در زير به مقايسه اين روش با روش تثبيت pH مي پردازيم:

•در شرايطي كه MEG در سيستم به كار نمي رود و مشكلات هيدارته شدن وجود ندارد، استفاده از يك تثبيت كننده pH و بازيابي آن در انتهاي خط لوله مقرون به صرف نمي باشد.
•اطمينان از محافظت خط لوله در روش تثبت pH نسبت به تزريق بازدارنده بيشتر است، زيرا مقدار pH در كل خط لوله در حد تشكيل محصولات خوردگي مي باشد.
•در مواردي كه چاه هاي گاز دريايي هستند، تزريق بازدارنده برروي سكو نيازمند افرادي براي تعمير و نگه داري پمپ هاي تزريق مي باشد. در صورتي كه در روش تثبيت pH سكو بدون سكنه رها مي شود و عمليات از ساحل كنترل مي شود.
•در روش تثبيت pH در تجهيزات بازيابيMEG، مقادير زيادي نمك و رسوب كربناتي به وجود مي آيد كه بايستي با استفاده از مواد ضد رسوب در اين تجهيزات آنها را كنترل كرد.
•كنترل منظم pH در خطوط لوله و بررسي مقادير گازهاي اسيدي، در روش تثبيت pH ضروري است در حالي كه در تزريق بازدارنده نيازي به اين كار نيست.
•ايجاد كف، تشكيل امولسيون و تجزيه حرارتي بازدارنده ها و بررسي كنترل كيفيت آن ها، قسمت عمده فعاليت هاي آزمايشگاه هاي هر ميدان است كه در روش تثبيت pH به طور كامل حذف مي شود. انتخاب يك روش مناسب كنترل خوردگي، بستگي به شرايط محيطي و نكات مذكور دارد و با توجه به آزمايش هاي مختلف انجام مي گيرد

[Sara12]

مهندسی سطح

سطح قطعات صنعتي، مهمترين بخش آن است، زيرا بسياري از شكست ها، از سطح شروع می‌‌شود. لذا، حفاظت و مقاوم سازي سطح از مسائل بسيار حساس و تعيين كننده كيفيت و عمر قطعات و در نهايت، كارايي يك واحد توليدي و بهاي تمام شده محصول می‌‌باشد. با اين حال، اصطلاح مهندسي سطح ( Surface Engineering )، در حقيقت از اوايل دهه ۱۹۸۰ متداول گرديد و به عنوان پايه مشخصي كه بسياري از ميدانهاي مهندسي؛ فيزيك و علم مواد را در خصوص قطعات صنعتي پوشش می‌‌دهد، در نظر گرفته شد.

بطور خلاصه مهندسي سطح شامل كاربرد تكنولوژي هاي سنتي و يا نوين عمليات هاي حرارتي و يا ديگر عمليات هاي سطحي نظير انواع روشهاي پوشش دهي بر روي مواد و قطعات حساس مهندسي به منظور دستيابي به بك ماده مركب با خواصي است كه در هيچ يك از مواد تشكيل دهنده مغز و يا سطح قطعه به تنهايي وجود ندارد. اغلب ديده شده كه تكنولوژي هاي مختلف سطحي را بر روي قطعات مهندسي از پيش طراحي و ساخته شده اعمال می‌‌كنند. مع هذا شايان ذكر است كه مهندسي سطح عبارت است از طراحي و ساخت قطعه با علم به اينكه چه نوع عمليات سطحي و يا عمليات حرارتي سطحي قرار است كه بر روي آن انجام گيرد.

انگيزه براي توسعه و گسترش عمليات حرارتي سطحي و مهندسي سطح تا حدودي بر می‌‌گردد به پيشرفت هاي سريع و وسيع در تكنولوژي هايي نظير ليزر ،‌پرتو الكتروني ،‌عمليات حرارتي شيميايي، ‌توليد و بكارگيري پدالها ،‌انواع روش هاي لايه نشاني نوآوري در رابطه با پوشش هاي مهندسي و هچنين كاشن بيروني و روشهاي نوين ديگر. علاوه بر اين منشا و مباني و اصول مهندسي سطح را بايد در تكنولوژي هاي سنتي عمليات حرارتي سطحي نظير تبريد سريع بمنظور سخت كردن ،‌كربن دهي نيتروژن دهي و ... آلياژهاي آهن جستجو كرد. در حقيقت دهها سال است كه طراحان قطعات مهندسي در تمام بخش هاي توليدي صنايع با استفاده از ... كنترل شده تبديل آستنيت به مارتنزيت بطور موضعي بر روي سطخ حقطعات توانستهاند آلياژهاي آهني مركب تهيه كنند به نحوي كه مجموعه ساخته شده بدليل خواص ويژه و منحصر بفرد آن در هيچ يك از نواحي سطحي و يا حجمي به تنهايي قابل حصول نمی‌باشد.

ظهور تكنولوژي هاي نوين سطحي براي اولين بار اين فرصت استثنايي را براي مهندسان فراهم كرد كه بتوانند قطعات ساخته شده از آلياژهاي غير آهني و حتي مواد غير فلزي را نيز تحت عمليات سطحي قرار دهند بدين ترتيب دامنه كاربرد مهندسي سطح گسترش يافته و نه تنها آلياژهاي آهني بلكه آلياژهاي غير آهني و حتي در مواردي مواد غير فلزي و پليمرها را نيز در برگفته است.


انواع عملیات مهندسی سطح
افزودن ماده به سطح: رسوب دادن سطحي شامل افزودن ماده اي با تركيب شيميايي متفاوت از زمينه به سطح قطعه است كه برخي از روشهاي آن شامل آبكاري الكتريكي، پوشش دهي بدون استفاده ازجريان برق، رسوب دادن از فاز بخار فيزيكي يا شيميايي و پاشش حرارتي می‌‌باشد.
تغيير ساختار ميكروسكوپي سطح: دراين روش بدون تغيير تركيب به كمك روشهايي مانند عمليات حرارتي به يكي از روشهاي شعله اي، القايي و يا ليزري ساختار ميكروسكوپي سطح تغيير خواهد كرد. دراين روشها عمدتا سختي سطحي بدست آمده و با انتخاب روش و كنترل پارامترها می‌‌توان عمق سختي را كنترل نمود.
تغيير شيميايي سطح: فرآيند تغيير در فلز پايه سطح به شكل غير فلزي بدون افزودن ماده اي جديد و يا تغيير ابعاد است كه خواص متفاوت از خواص اوليه به سطح خواهد داد. سخت كردن توسط عناصر بين نشيني اكسيژن، نيتروژن و كربن و بور بصورت نفوذي از اين جمله اند .

[Sara12]

وبسایت چند دانشکده بین المللی رشته مواد





گروه مهندسی مواد دانشگاهopen
--------------------------------------------------------------------------------
code]http://technology.open.ac.uk/materials/mem /]





دانشکده مهندسی مواد دانشگاه میشیگان
--------------------------------------------------------------------------------
کد:
http://msewww.engin.umich.edu/




دانشکده مواد دانشگاه برکلی کالیفرنیا
--------------------------------------------------------------------------------
کد:
http://www.mse.berkele.edu/




دانشکده مهندسی مواد دانشگاه نیومکزیکو
--------------------------------------------------------------------------------
کد:
www.unm.edu/~cmem




دانشگاه مهندسی مواد دانشگاه کانکتیکات(connecticut)
--------------------------------------------------------------------------------
کد:
http://www.engr.uconn.edu/mse/




دانشکده مواد دانشگاه منچستر
--------------------------------------------------------------------------------
کد:
http://www.umist.ac.uk/material/mancheste

[Sara12]

بررسي ساختار و عملكرد آلياژهاي حافظه دار در پزشكي:


احمدرضا دورانديش دانشجوي كارشناسي ارشد مهندسي مكانيك دانشگاه آزاد اسلامي ،واحد علوم و تحقيقات
دكتر سيروس آقانجفي ،عضو هيات علمی دانشگاه خواجه نصيرالدين طوسی
دكتر سامان خوشيني فوق تخصص جراحي پلاستيك و زيبايي ،عضو انجمن جراحان پلاستيك و زيبايي ايران

تاريخچه :
در سال 1932 مشاهدات ثبت شده درباره پديده حافظه داري شكلي توسط Change و Read انجام شد. آنها وارون پذيري حافظه شكلي را در AuCd از طريق مطالعات فلز شناسي و تغييرات مقاومت آلياژ ، بررسي كردند
در سال 1956 مشاهدات و نتايج تحقيقات مربوط به تز دكتراي Horbojen در موضوع اثر حافظه دار در آلياژCu-Zn منتشر شد. . در سال 1962 Buhler و همكارانش ،به بررسي پديده حافظه داري شكلي در آلياژ تيتانيم و نيكل كه داراي اتمهاي برابر مي باشند پرداختند. در اين هنگام تحقيق درباره متالورژي و كاربردهاي عملي اوليه آن به طور جدي آغاز شد.
در سال 1967 در كنفرانس Nol ،Buhler و همكارانش تحقيقات گسترده خود را بر روي Nitionol و كاربردهاي تجاري فراوان در صنايع ارائه دادند . از جمله كاربردهاي مطرح شده ساخت كوپلينگ توسط شركت Raychem براي اتصال لوله هاي هيدروليكي مي باشد. كه در صنايع هوايي و نيروي دريايي ايالات متحده و همچنين در حوزه هاي نفتي درياي شمال مورد استفاده قرار گرفت.
در سال 1980 ميلادي Micheal و Hawt با انتشار مقاله اي از نتايج تحقيقات خودشان بر روي برنج آنرا به عنوان ماده جديد حافظه دار معرفي كردند.

مقدمه :
در پديده حافظه داري، نمونه در حالت كاملاً مارتنزيتي به مقدار معيني تغيير فرم داده مي شود سپس با گرم كردن نمونه و برگشت آن به حالت آستيني، شكل نمونه نيز به حالت اول خود بر گردد .

http://forum.patoghu.com/images/poti/2009/01/7244.jpg

شكل(1) چگونگي پديده حافظه داري شكل را با تبديل دو فاز آستنيت و مارتنزيت به يكديگر نشان مي دهد.
بررسي بر روي تغيير حالت متالورژيكي نمونه جامد ، تغيير آرايش اتم ها بدون هيچگونه تغييري در تركيب شيميايي فاز زمينه را نشان مي دهد. اين تغيير آرايش منجر به ايجاد ساختار كريستالي فاز جديد و پايدار مي شود. پيشرفت تغيير حالت بدون نياز به حركت و جابجايي اتمها به صورت مجزا ، را مي توان مستقل از زمان دانست و به همين دليل مي توان وابستگي دما را به عنوان تنها عامل پيشرفت اين تغيير نشان داد.

1- تغيير حالت هاي مارتنزيتي و پديده حافظه دار شدن:
تغيير حالت متالورژيكي جامدات از دو طريقه زير امكان پذير است .
1) حركت و جابجايي اتم ها وابسته به درجه حرارت و زمان با تغيير در تركيب شيميايي فاز جديد نسبت به زمينه قبلي.
2) تغيير آرايش اتمي به صورت هماهنگ وابسته به دما و بدون وابستگي به زمان و هيچگونه تغييري در تركيب شيميايي فاز جديد نسبت به زمينه قبلي .
تغيير حالت هاي مارتنزيتي به طريقه دوم مرتبط است و داراي مشخصات زير است:
1) تغيير مكان به صورت شبه برشي مي باشد و در آن اتم ها به صورت هماهنگ و گروهي جابجا مي شود.
2) ديفوزيون اتمي در آن اتفاق نمي افتد.
رفتار حافظه دار شدن كاملاً به مشخصه اول مرتبط بوده و نظم اتم هاي آلياژ نبايد به هم بخورد.

2- كريستالوگرافي مارتنزيتي:
تغيير حالت تبديل آستنيت به مارتنزيت از لحاظ كريستالوگرافي در سه مرحله قابل بررسي است .
1- تغيير فرم شبكه اي
2- برش ناهمگن
3- دوران شبكه اي
فرآيند تبديل آستنيت به مارتنزيت در مرحله تغيير فرم شبكه اي در شكل 2 نشان داده شده است . در اين مرحله اتم ها با جابه جايي جزئي و هماهنگ، پيشروي فصل مشترك از هر لايه اتمي را موجب مي شوند.

http://forum.patoghu.com/images/poti/2009/01/7245.jpg

بايد توجه داشت پديده حافظه داري بدون تغيير حجم و تغيير شكل امكان پذير بوده و برش ناهمگن توجيه كننده اين مطالب مي باشد.
برش ناهمگن در مارتنزيت به دو طريق امكان پذير است :
1) مكانيزيم لغزش يافتن صفحات اتمي
2) مكانيزيم تشكيل دوقلويي ها

http://forum.patoghu.com/images/poti/2009/01/7246.jpg

تصاوير نشان داده شده چگونگي انطباق فاز مارتنزيت بر فاز آستنيت را در هنگام جابجايي جزيي و گروهي اتمها با حفظ شبكه كريستالي نشان مي دهد.
بايد توجه داشت كه لغزش صفحات اتمي به علت شكسته شدن باند هاي اتمي بعنوان مكانيزيم تغيير فرم پلاستيك دائم محسوب مي شود، در صورتي كه در مكانيزيم دو قلويي به علت انرژي پايين مرز دوقلويي و برخورداري از تحرك و لغزندگي نسبي تغيير فرم غير دائم است. در آلياژهاي حافظه دار ، كرنش هاي ناشي از تغيير حالت در اثر تشكيل يك جفت از دوقلويي هاي دو طرف مرز ذخيره سازي مي شوند و براي برگشت پذيري از آن استفاده مي شود.

http://forum.patoghu.com/images/poti/2009/01/7247.jpg

شكل 4) مرز دوقلويي را نمايش مي دهد و هر يك از دوقلويي هاي دو طرف مرز دوقلويي يك وا ريانت را شامل مي شود. در صورت وارد كردن تنش برشي به مرز دو قلويي باعث حركت يكي از واريانت ها شده و واريانت ديگري حذف مي شود.(شكل 4 ،B) اين روند مي تواند تا تبديل تمامي واريانت به يك واريانت واحد ادامه يابد(شكل 4، C) .
بررسي پديده حافظه داري در تك كريستال آستنيت در شكل 5 نمايش داده شده است

http://forum.patoghu.com/images/poti/2009/01/7248.jpg

مرحله اول همانطور كه از شكل پيداست بعد از سرد كردن كريستال در زير دماي Mf واريانت هاي A و B و C و D تشكيل مي شوند
مرحله دوم با وارد كردن تنش به كريستال ، واريانتها شروع به حركت و حذف شدن مي كنند تا واريانت واحد A تشكيل گردد. حين تشكيل واريانت واحد A كرنش هايي در جهت واريانتA ذخيره مي شود. مرحله سوم مربوط به حرارت دادن كريستال نمونه براي تبديل مارتنزيت به آستينت مي باشد از آنجاييكه كرنش ها تنها در جهت واريانت A ذخيره شده اند، پس تنها مسير براي برگشت پذيري، واريانت A مي باشد و نمونه به شكل اوليه خود باز مي گردد.

- رفتار ترمومكانيكي:
آلياژ هاي حافظه دار در درجه حرارت هاي مختلف داراي خصوصيات مكانيكي بسياري مي باشند در شكل 6 منحني هاي ساده تنش - كرنش براي آلياژ تيتانيم- نيكل مشاهده مي شود. آلياژ در دماهاي پايين ، متوسط و بالاي دماي استحاله مورد آزمايش قرار گرفته است. تغيير شكل در مارتنزيت با چند در صد كرنش و تنش فشاري نسبتاً كم ديده مي شود . در حاليكه آستنيت در درجه حرارت بالا نياز به تنش نسبتا زيادي براي تغيير شكل دارد. خط چين روي منحني مارتنزيت نمايانگر برگشت پذيري آلياژ بعد از برداشتن تنش وارد شده بعد از گرم كردن نمونه و تبديل به فاز آستنيت مي باشد ولي چنانچه كه مشاهده مي شود در منحني مربوط به آستينت با برداشتن تنش و گرم كردن نمونه امكان برگشت پذيري وجود ندارد.

http://forum.patoghu.com/images/poti/2009/01/7249.jpg

- خاصيت ارتجاعي كاذب:
خصوصيت جالب توجه درباره منحني تنش - كرنش درقسمت منحني C ديده مي شود.به طوري كه پس از حرارت دادن نمونه كمي بالاتر از درجه حرارت انتقال ، در درجه حرارت بالاي Af به نمونه در فاز مارتنزيت تنش وارد مي شود. با افزايش مقدار تنش ، تغيير شكل نيز به صورت يكنواخت افزايش مي يابد (منحني AB). در اين هنگام رفتار تغيير شكل و تنش پايداري مشاهده مي شود با كاهش تنش( منحني (CD مارتنزيت به آستينت تبديل مي شود بايد توجه داشت كه برگشت پذيري انجام شده به خاطر تغيير حرارت نمونه نمي باشد و دليل آن كاهش فشار است. اين پديده را كه موجب مي شود آلياژ خاصيت كشساني نامحدود پيدا كند به عنوان خاصيت ارتجاعي كاذب ناميده مي شود.

5- اثر حافظه دار يك طرفه و دو طرفه:
الف )اثر حافظه دار يك طرفه :
در صورتيكه اثر حافظه داري فقط بعد از تغيير شكل در حالت مارتنزيتي و سپس در سيكل گرم كردن مشاهده شود به آن اثر حافظه يك طرفه گفته مي شود. اين بدان معني است كه در اين حالت تغيير شكل ايجاد شده ، فقط با گرم كردن به حالت اوليه قبل از تغيير شكل باز مي گردد و چنانچه جسم را دوباره سرد كنيم تغييري در شكل آن حاصل نمي شود اين خصوصيت در شكل شماره 7 نمايش داده شده است.

http://forum.patoghu.com/images/poti/2009/01/7250.jpg

همانطور كه در تصوير مشاهده مي شود ابتدا فنر در دماي Mf به مقدار معيني تغيير فرم داده مي شود به صورتيكه تغيير فرم دائمي در آن باقي بماند حال اگر فنر تغيير فرم داده شده را تا دماي Af حرارت دهيم مجدداً به شكل اوليه خود بر مي گردد و در سيكل سرد شدن تا دماي Mf هيچگونه تغيير شكلي در فنـــر مشاهده نمي شود. .

ب)اثر حافظه دار دو طرفه :
برگشت پذيري به حالت اوليه خود در اثر سرد و گرم كردن آلياژ هاي حافظه دار دو طرفه در بازه معيني از دما امكان پذير است . در شكل 8 يك فنر با اثر حافظه دار دو طرفه به صورت باز شده در حالت آستيني و شكل جمع شده در حالت مارتنزيتي نشان داده شده است.

http://forum.patoghu.com/images/poti/2009/01/7251.jpg

همانطور كه مشاهده مي شود اگر فنر گرم شود باز شده و در سيكل سرد شدن مجدداً به شكل جمع شده در مي آيد.
بايد توجه داشت كه آلياژ هاي حافظه دار براي اينكه اثر حافظه دار دو طرفه از خود نشان دهند نياز به انجام عمليات ترمومكانيكي خاصي بر روي آنها مي باشد.
6- ساخت آلياژ هاي حافظه دار :
روش هاي اصلي ساخت آلياژ هاي حافظه دار در دو گروه عمده قابل بررسي است:
الف) ساخت آلياژ به طريقه ذوب و ريخته گري با استفاده از كوره هاي القايي و كوره هاي مقاومتي
ب) ساخت آلياژ به طريقه متالورژي پودر
براي توليد آلياژ هاي حافظه دار درتناژهاي بالا و تجارتي ، از روش ذوب و ريخته گري استفاده مي شود.

7-كاربرد آلياژهاي حافظه دار درمهندسي پزشكي:
كاربرد پزشكي آلياژ هاي حافظه دار به عنوان يك عملگر با اثر باقيمانده در داخل بدن قابل بررسي است آلياژي كه در بدن افراد براي بهبود رفتار باليني اعضاي آنها بكار گرفته شده است نبايد مولد هيچ گونه حساسيتي باشد علاوه بر آن آلياژ بكارگرفته شده نبايد به صورت ذراتي از يون آن ماده وارد خون شخص گيرنده اين گونه آلياژها شود.
جنبه هاي متعددي شامل شاخص هاي مزاجي افراد همچون سن ، قواي بدن و سلامتي و خصوصيات شيميايي مواد همانند خوردگي ، تخلخل پذيري سطح ، تأثيرات سمي و عناصر موجود در مواد به منظور پذيرش مواد مذكور در بدن افراد بايد مورد بررسي قرار گيرند.
تحقيقات متعددي در مورد توليد و بكارگيري آلياژهاي حافظه دار با كاربرد پزشكي با پايه عنصري Ni-Ti انجام پذيرفته است . اين تحقيقات نشان مي دهد كه آلياژNi-Ti در كاربرد و استفاده، نسبت به بقيه آلياژها از موقعيت خوبي برخوردار است.
تحليل خواص آلياژ Ni-Ti با بررسي خواص جداگانه نيكل و تيتانيم امكان پذير است .
نيكل رنگ سفيد نقره اي براق دارد و فلزي است سمي ، شكننده كه از قابليت پوليش خوبي برخوردار است اين فلز جز ء فلزات غير آهني سنگين با جرم مخصوKg/dm3 9/8 و نقطه ذوب 1455 مي باشد و در مقابل خوردگي بسيار مقاوم بوده و به وسيله آهن ربا جذب مي شود. همچنين در مقابل حرارت و ضربه مقاومت خوبي نشان مي دهد موارد استفاده آن شامل پوشش محافظ در آبكاري فلزات ، توليد فولادهاي آلياژي و غيره مي باشد.
تيتانيم فلزي است نقره فام مايل به خاكستري و جزء فلزات غير آهني سبك است و جرم مخصوص آنKg/dm3 5/4 و نقطه ذوب آن 1670 مي باشد. مقاومت در مقابل خوردگي و سايش و استحكام زياد آن موجب كاربرد در ساخت قطعات هواپيما ، سفينه فضايي ، لوازم نظامي و جراحي شده است. آلياژهاي تيتانيم دار فلز اصلي ساختمان هواپيماي مافوق صوت را تشكيل مي دهد . تيتانيوم بر خلاف نيكل در پزشكي بسيار مؤثر عمل مي كند ، علاوه بر اين با توجه به خواص بسيار خوب مكانيكي براي اصلاح دندان هاي كج و همچنين ترميم استخوان هاي آسيب ديده كاربرد فراوان دارد.
بررسي تحقيقات خواص باليني آلياژ Ni-Ti چگونگي كنترل مقاومت در مقابل خوردگي و عوامل خارجي مؤثر بر اين آلياژ را نشان مي دهد.

8-موارد استفاده پزشكي از آلياژ Ni-Ti:
الف) كاربردهاي مربوط به قلب و عروق
----- سيمون نسل جديدي از وسايل استفاده شده براي جلوگيري از انسداد جريان خون مي باشد افرادي كه قادر به استفاده از داروهاي ضد انعقاد خون نمي باشند، استفاده كننده هاي اصلي اين ----- مي باشند. هدف استفاده از اين وسيله تصفيه خون داخل رگ مي باشد و ----- سيمون كمك مي كند لخته هاي بوجود آمده در خون حل شود.
اما نصب ----- در داخل بدن اشخاص با به كار گيري از تأثيرات آلياژهاي حافظه دار امكان پذير است براي اين منظور ----- رابا تغيير شكل برروي سوند قرار مي دهند.جريان محلول نمكي در داخل سوند موجب تثبيت دماي ----- با درجه حرارت معمولی مي شود و زماني كه ----- در محل تعيين شده قرار گرفت با توقف جريان محلول نمكي در داخل سوند درجه حرارت بالا مي رود و ----- تغيير شكل داده شده به شكل اصلي (اوليه) خود بر مي گردد در اين زمان ----- از نوك سوند نيز جدا شده است.

http://forum.patoghu.com/images/poti/2009/01/7252.jpg

مسدودكننده سوراخ ديواره دهليزي: از اين وسيله براي مسدود كردن سوراخ ديواره دهليزي كه بين دو دهليز چپ و راست ايجاد مي شود استفاده مي گردد.

http://forum.patoghu.com/images/misc/nCode.pngبرای دیدن عکس در اندازه اصلی اینجا کلیک کنید . اندازه اصلی 610x255 پیکسل میباشد http://forum.patoghu.com/images/poti/2009/01/7253.jpg

بايد توجه داشت وجود اين سوراخ غير عادي است و اميد ادامه زندگي را براي افراد كاهش مي دهد در روش جراحي معمول ، رفع اين عيب مستلزم شكافتن سينه بيماروسپس عمل بخيه کردن سوراخ صورت مي گيرد ، كه به طور طبيعي خطرات ناشي از عمل جراحي و همچنين امكان بروز حوادث غير منتظره در حين جراحي اجتناب ناپذير بوده و راه حل آن استفاده از اثر آلياژهاي حافظه دار مي باشد. اين وسيله از سيم هايي با خاصيت حافظه داري و فيلم ضد آب كه روي آن نصب شده است، تشكيل مي شود. براي نصب اين وسيله در داخل قلب ابتدا نيمه اول آن وارد بطن چپ شده وبه شكل اوليه خود بر مي گردد و در ادامه نيمه دوم كه در بطن راست قرار مي گيرد تغيير شكل يافته ، به شكل اوليه خود بر مي گردد. در انتها هر دو نيمه به ديواره بطني متصل شده اند . به طوري كه از ورود جريان خون از دو بطن به يكديگر جلوگيري مي شود.

استنت هاي باز شونده خودكار نيز از جمله وسايل مهمي است كه در حفظ قطر داخلي رگ هاي تنگ شده و كاهش قطر و بسته شدن آنها كاربرد دارد . استنت ها به شكل استوانه هاي توري ساخته مي شوند و متناسب بانوع و محل كاربرد داراي اقطار متفاوتي مي باشند(شكل 12)

http://forum.patoghu.com/images/poti/2009/01/7254.jpg

از جمله محل هاي مورد استفاده از استنت ها سرخرگ ، سياهرگ، رگ هاي خوني ،مجاري ، صفراوي و مري مي باشد. براي نصب در داخل عروق ابتدا فاز مارتنزيتي از شكل اصلي به حالت متراكم شده تبديل و پس از قرار دادن در محل مورد نظر به شكل خود بر مي گردد.
ب) كاربردهاي ارتوپدي
از آلياژهاي حافظه دار (SMA) به عنوان فضا گير يا spacer بين مهره هاي ستون فقرات در حين عمل جراحي استفاده مي شود كه موجب استحكام ما بين دو مهره در حين بهبودي بعد از تغيير شكل ايجاد شده در جراحي اسكوليدز مي شود .در شكل 13B- سمت چپ مهره تغيير شكل يافته در فاز مارتنزيتي است كه پس از جايگزيني در محل مورد نظر به حالت سمت راستي (شكل اوليه ) بر مي گردد

http://forum.patoghu.com/images/poti/2009/01/7255.jpg

ترميم و بهبود شكستگي استخوان از ديگر كاربردهاي ارتوپدي آلياژ هاي حافظه دار مي باشد. انواع مختلفي از بست هاي با خاصيت حافظه داري در ترميم شكستگي يا ترك استخوان ساخته شده است. بست ها به صورت باز شده در محل شكستگي يا ترك معمولاً پيچ شوند. با كمك گرما بست ها به گونه اي تغيير شكل مي يابند كه دو طرف شكستگي يا ترك را با هم يكي كرده و مي فشرند. گرماي ايجاد شده را مي توان به كمك يك وسيله خارجي به آلياژ منتقل كرد. نيروي ايجاد شده در اثر تغيير شكل آلياژ به بهبود سريعتر شكستگي يا ترك مي انجامد (شكل 14 و 15) .

http://forum.patoghu.com/images/misc/nCode.pngبرای دیدن عکس در اندازه اصلی اینجا کلیک کنید . اندازه اصلی 634x186 پیکسل میباشد http://forum.patoghu.com/images/poti/2009/01/7256.jpg

عموماً از اين بست ها در مواقعي استفاده مي شود كه محل شكستگي يا ترك را نتوان گچ گرفت، مانند نواحي صورت شامل، بيني ، فك و حفره چشم از جمله محل هاي مورد كاربرد مي باشند.
از ديگر كاربردهاي ارتوپدي اثرات آلياژ هاي حافظه دار در فيزيوتراپي عضلات ضعيف مي باشد . تصوير 16 دستكشي را نشان مي دهد كه سيم هايي باخاصيت حافظه داري بر روي ناحيه انگشتان دستكش واقع شده است. كه موجب تقويت حركت عضلات و برقراري دامنه مناسب حركات مفصلي با استفاده از خاصيت حافظه داري سيم هاي دستكش استفاده مي شود به طوريكه با گرم كردن سيم طول سيم ها كوتاه شده و انگشتان به داخل خم مي شوند و با سردكردن طول سيم ها زياد شده و انگشتان كاملا‌ً كشيده مي شوند . اين پديده براي به كار انداختن مفاصل نيمه ثابت استفاده مي شود.

http://forum.patoghu.com/images/poti/2009/01/7257.jpg

ج) كاربرد آلياژ هاي حافظه دار در وسايل جراحي
در راستاي توليد وسيع ابزارهاي جراحي در سال هاي اخير ابزارهاي جراحي حافظه دار قابل توجهي توليد شده است كه به شرح تعدادي از آنها پرداخته مي شود.
1- سبد حافظه دار براي خارج كردن سنگ هاي مثانه و صفراوي مورد استفاده قرار مي گيرد. مراحل نصب آن شبيه ----- سايمون مـي باشد كه در شكل 17 آورده شده است

http://forum.patoghu.com/images/poti/2008/08/301.gifThis image has been resized. Click this bar to view the full image. The original image is sized 642x232.http://forum.patoghu.com/images/misc/nCode.pngبرای دیدن عکس در اندازه اصلی اینجا کلیک کنید . اندازه اصلی 642x232 پیکسل میباشد http://forum.patoghu.com/images/poti/2009/01/7258.jpg

كاربرد پمپ بالوني داخل آئورت شكل 18 براي جلوگيري از مسدود شدن رگ هاي خوني در هنگام آنژيوپلاستي مي شود اين وسيله داري تيوب با اثر حافظه داري است وعملكرد آن با مواد پلي مري كه خاصيت ارتجاعي دارند قابل مقايسه است.
شكل 19 انواع انبرك هاي شامل انبرك هاي قيچي دار و پنس مورد استفاده در لاپاراسكوپي را نشان مي دهد. دقت و نرمي در حركت از جمله خصوصيات اين ابزار مي باشد.

http://forum.patoghu.com/images/poti/2009/01/7259.jpg

9-نتيجه گيري:
1-تغيير حالت مارتنزيتي به طريقه دوم تغيير حالت متالورژيكي جامدات مربوط بوده و در آن تغيير آرايش اتمي بدون هيچ وابستگي به زمان و تغييري در تركيب شيميايي فاز جديد، به صورت هماهنگ و وابسته به دما انجام مي گيرد.
2-رفتار حافظه دار شدن با تغيير مكان به صورت شبه برشي امكان پذير مي باشد كه در آن اتم ها به صورت هماهنگ و گروهي جابجا مي شوند.
3-مكانيزم دوقلويي در برش ناهمگن توجيه كننده چگونگي حافظه دار شدن آلياژنمونه بدون تغيير درحجم نمونه اوليه است.
4-در رفتار ارتجاعي كاذب، آليا‍ژ خاصيت كشساني نامحدودي پيدا مي كند.
5-اثر حافظه داري به دو صورت يك طرفه و دو طرفه در آلياژهاي حافظه دار قابل بررسي است.
6- آلياژهاي حافظه دار به دو روش 1-روش ذوب و ريخته گري 2- متالورژي پودر ساخته مي شوند.
7-آلياژهاي NiTi به دليل داشتن ويژگي هايي همچون مقاومت در مقابل خوردگي ،سازگاري زيستي بالا، قابليت توليد در اندازه هاي خيلي كوچك ، خاصيت ارتجاعي بالا و توليد نيرو در تجهيزات مهندسي پزشكي كاربرد فراوان دارند.

- منابع:
1-SHAPE MEMORY ALLOYS, Darel E. Hodgson, Shape Memory Applications, Inc., Ming H. Wu, Memry Technologies, and Robert J. Biermann, Harrison Alloys, Inc
2-. Medical applications of SHAPE MEMORY ALLOYS, L.G. Machado1and M.A. Savi2
3- SMA/MEMS Research Group (2001). کد:
http://database.cs.ualberta.ca/MEMS/
4- NMT Medical, Inc. (2001). کد:
http://www.nmtmedical.com
5- Duerig TM, Pelton A & Stöckel D (1999). An overview of nitinol medical applications. Materials Science and Engineering A, 273-275:149-160.
6- SMET (2001). کد:
http://smet.tomsk.ru/eng/prod.htm
7- Shabalovskaya SA (1995). Biological aspects of TiNi alloys surfaces .Journal de Physique IV, 5: 1199-1204.
8- تحقيقات انجام شده بر آلياژهاي حافظه دار ،دانشگاه سهند تبريز مهندس براني
9- مجموعه مقالات اولين همايش سيستم هاي دفاعي هوشمند آلياژهاي حافظه دار و كاربردهاي آنها در ساختارهاي هوشمند ،صادق بدخشان راز- سيد خطيب الاسلام صدر
10-مجله فني و مهندسي ساخت و توليد، آلياژهاي حافظه دار
11-پینوشت
1- Martensite
2- Austenite
3- Diffusion
4- Bain Distortion
5- In homogenous shear
6- Lattice rotation
7- Denotes the temperature at which the Martensite phases finishes forming.
8- Denotes the temperature at which the Martensite phase finishes forming.
9- One – way memory
10- Tow – way memory
11- Simon filter
12- Atrial septal occlusion divice.
13- Shape memory self – expanding stents.
14- Shape memory basket
15- Balloon pump
16- Laparoscopy

[Sara12]

جوشکاری جوشکاری

http://jarfazma.com/images/ist2_3991650-welding-sparks.jpg

جوشکاری یکی از روشهای تولید می باشد. هدف آن اتصال دایمی مواد مهندسی (فلز، سرامیک، پلیمر، کامپوزیت) به یکدیگر است به گونه‌ای که خواص اتصال برابر خواص ماده پایه باشد.

پیشینه
موسیان در ۱۸۸۱ قوس کربنی را برای ذوب فلزات مورد استفاده قرار داد.

اسلاویانوف الکترودهای قابل مصرف را در جوشکاری به کار گرفت.

ژول در ۱۸۵۶ به فکر جوشکاری مقاومتی افتاد

لوشاتلیه در ۱۸۹۵ لوله اکسی استیلن را کشف و معرفی کرد.

الیهوتامسون آمریکائی از جوشکاری مقاومتی در سال ۷-۱۸۷۶ استفاده کرد.

در جریان جنگهای جهانی اول و دوم جوشکاری پیشرفت زیادی کرد. احتیاجات بشر به اتصالات مدرن – سبک – محکم و مقاوم در سالهای اخیر و مخصوصاً بیست سال اخیر سبب توسعه سریع این فن شده است.


فرایندهای جوشکاری

[ویرایش] فرایندهای جوشکاری با قوس الکتریکی
جریان الکتریکی از جاری شدن الکترونها در یک مسیر هادی به وجود می‌آید. هرگاه در مسیر مذکور یک شکاف هوا(گاز)ایجاد شود جریان الکترونی و در نتیجه جریان الکتریکی قطع خواهد شد. چنانچه شکاف هوا باندازه کافی باریک بوده و اختلاف پتانسیل و شدت جریان بالا، گاز میان شکاف یونیزه شده و قوس الکتریکی برقرار می‌شود. از قوس الکتریکی به عنوان منبع حرارتی در جوشکاری استفاده می‌شود.روشهای جوشکاری با قوس الکتریکی عبارت‌اند از:

جوشکاری با الکترود دستی پوشش دار SMAW
جوشکاری زیر پودریSAW
جوشکاری با گاز محافظ یا GMAW یا MIG/MAG
جوشکاری با گاز محافظ و الکترود تنگستنی یا GTAW یا TIG
جوشکاری پلاسما
برای سیم جوشهای گاز(فولاد- مس – آلومینیوم):R (گاز محافظ آرگون با الكترود تنگستن)TIG برای سیم جوشهای:ER

(CO (جوشكاري MIG-MAG
برای سیم لحیم سخت. : B


الكترود های جوشكاري: 1.تعریف:الکترود مفتولی است فلزی که دور تا دور آنت با مواد شیمیایی پو شش داده شده است. 2.قطر الكترود: عبارت است از قطر مغزی آن. 3.جنس روپوش الكترود: معمولا از مقداری آهک- اکسید سدیم –سلولز- روتیل -آسپست - خاک رس و مقداري دیگر از مواد گوناگون تشكيل شده است.

تقسیم بندی الكترودها: الكترود معمولا از دو نظر تقسیم بندی می گردند :

1.تقسیم بندی الكترودها از نقطه نظر روپوش. 2.تقسیم بندی الكترودها از نقطه نظر جنس مغزی.


[ویرایش] فرایندهای جوشکاری مقاومتی
در جوشکاری مقاومتی برای ایجاد آمیزش از فشار و گرما هردو استفاده می‌شود.گرما به دلیل مقاومت الکتریکی قطعات کار و تماس آنها در فصل مشترک به وجود می‌آید. پس از رسیدن قطعه به دمای ذوب و خمیری فشار برای آمیخته دو قطعه بکار میرود.در این روش فلز کاملاً ذوب نمی‌شود. گرمای لازم از طریق عبور جریان برق از قطعات بدست می‌آید.روشهای جوشکاری مقاومتی عبارت‌اند از:

جوش نقطه‌ای
درز جوشی
جوش تکمه‌ای

[ویرایش] فرایندهای جوشکاری حالت جامد
دسته‌ای از فرایند‌های جوشکاری هستند که در آنها، عمل جوشکاری بدون ذوب شدن لبه‌ها انجام می‌شود. در واقع لبه‌ها تحت فشار با حرارت یا بدون حرارت در همدیگر له می‌شوند. فرایندهای این گروه عبارت‌اند از:

جوشکاری اصطکاکی
در این روش به جای استفاده از انرژی الکتریکی برای تولید گرمای مورد نیاز ذوب فلزان از انرژی مکانیکی استفاده می¬گردد. به این ترتیب که یکی از دو قطعه که با سرعت در حال دوران است به قطعه دوم که ثابت نگه داشته شده تماس داده می¬شود ، در اثر اصطکاک بین دو قطعه و تولید حرارت ، محل تماس دو قطعه ذوب شده و لبه‌ها تحت فشار با حرارت در همدیگر له می‌شوند.

جوشکاری نفوذی
جوشکاری با امواج مافوق صوت

جوش گازی
جوشکاری است که در آن، اتصال با ذوب شدن توسط یک یا چند شعله گاز، با اعمال فشار یا بدون آن، با کاربرد فلز پر کننده یا بدون آن انجام می‌شود.


فرایند جوشکاری با لیزر
در این روش از پرتوی لیزر برای جوشکاری استفاده می‌شود.در جوشکاری لیزری دانسیته انرژی فراهم شده بسیار بیشتر از جوشکاری با قوس آرگون یا با مشعلهای اکسی اسیتیلن است.

از لیزر‌های مختلفی می‌توان برای جوشکاری استفاده کرد مانند لیزر گاز کربنیکی یا لیزر یاقوت ولی باید دقت کرد که انرژی پرتو آنقدر زیاد نباشد که باعث تبخیر فلز شود.


فرایند جوشکاری با اشعه الکترونی
کاربرد جریانی از الکترون‌ها است که با ولتاژ زیاد شتاب داده شده‌اند و به صورت باریکه‌ای متمرکز به عنوان منبع حرارتی جوشکاری به کار می‌روند. به دلیل دانسیته بالای انرژی در این پرتو منطقه تفدیده بسیار باریک می‌باشد و جوشی با کیفیت مناسب به دست می‌آید. این فرآیند به عنوان اولین فرایند جوشکاری بکار رفته برای ساخت بدنه جنگنده‌ها استفاده شد.


کنترل کیفیت و بازرسی
طبق طبقه بندی استانداردهای مدیریت کیفیت (ISO 9000)جوشکاری جز فرایندهای ویژه طبقه بندی شده است. که این نشان دهنده این است که برای کنترل کیفیت و تضمین کیفیت این فرایند ویژه می باید پیش بینی های خاصی انجام داد.


منابع
ALTHOUSE, ANDEREW DANEL MODERN WELDING, 1976
METAL HANDBOOK 8th EDITION VOL.6 WELDING&BRAZING 1987
به همین دلیل از وسایل کالیبره شده و مطمئن میبایست استفاده گردد.

[Sara12]

انواع جوشكاری


جوش قوس الکتریکی
نقطه جوش
جوشکاری فلزات رنگین
لحیم کاری
جوشکاری به طریقه برق و گاز
جوشکاری و یرشکاری در زیر آب
انواع جوشکاری مدرن در صنایع نظامی
جوشکاری پلاستیک

جوش قوس الکتریکی
یکی از متداول ترین روشهای اتصال قطعات کار می باشد، ایجاد قوس الکتریکی عبارت از جریان مداوم الکترون بین دو الکترود و یا الکترود و یا الکترود و کار بوده که در نتیجه آن حرارت تولید می شود. باید توجه داشت که برای برقراری قوس الکتریک بین دو الکترود و یا کار و الکترود وجود هوا و یا یک گاز هادی ضروری است. بطوریکه در شرایط معمولی نمی توان در خلاء جوشکاری نمود.

در قوس الکتریکی گرما و انرژی نورانی در مکانهای مختلف یکسان نبوده بطوریکه تقریباً 43% از حرارت درآند و تقریباً 36% در کاتد و 21% بقیه بصورت قوس ظاهر می شود. دمای حاصله از قوس الکتریکی بنوع الکترودهای آن نیز وابسته است بطوریکه در قوس الکتریکی با الکترودهای ذغالی تا 3200 درجه سانتیگراد در کاتد و تا 3900 در آند حرارت وجود دارد. دمای حاصله در آندو کاتد برای الکترودهای فلزی حدوداً 2400 درجه سانتیگراد تا 2600 درجه تخمین زده شده است.
در این شرایط درجه حرارت در مرکز شعله بین 6000 تا 7000 درجه سانتیگراد می باشد از انرژی گرمائی حاصله در حالت فوق فقط 70% تا 60% در قوس الکتریک مشاهده گردیده که صرف ذوب کردن و عمل جوشکاری شده و بقیه آن یعنی 30% تا 40% بصورت تلفات گرمائی به محیط اطراف منتشر می گردد.

طول قوس شعله Arc length بین 8/0 تا 6/0 قطر الکترود می باشد و تقریباً 90% از قطرات مذاب جدا شده از الکترود به حوضچه مذاب وارد می گردد و 10% باطراف پراکنده می گردد. برای ایجاد قوس الکتریکی با ولتاژ کم بین 40 تا 50 ولت در جریان مستقیم و 60 تا 50 ولت در جریان متناوب احتیاج می باشد ولی در هر دو حالت شدت جریان باید بالا باشد نه ولتاژ.


جوشکاری به روش نقطه جوش
صنایع مدرن و پیشرفته امروزه رقابت شدید در تولیدات صنعتی و نظامی سبب پیشرفت سریع جوشکاری گردید اصولی که از جوشکاری مورد انتظار است این است که:

جوش سریع و تمیز باشد
مخارج تهیه مواد جوشکاری کم باشد
مخارج تهیه ماشین آلات حداقل باشد
به کاربرد همه جانبه واستفاده صحیح در همه جا از دستگاه جوشکاری ممکن باشد.
از دستگاههای سنگین جوشکاری یا دستگاههای زمینی برای جوشکاری ورقهای نازک و غیره نمی توان استفاده کرد.

نقطه جوشها به علت طرز کار صحیح و سریع با استفاده از فک های جوشکاری و مقاومت الکتریکی کاربرد زیادی در صنایع دارند و با اتصال دو قطب به ترانسفورماتور مبدل و فکهای آنها در اثر عبور جریان از نقطه تماس فکها و خاصیت مقاومت جریان به سرعت حوزه مشخصی گرم شده و چون این گرم شدن تا حد ذوب در نقطه مشخص و محدود است به علت سادگی و تمیزی از آنها استفاده می گردد. جریان آب در داخل فکها سبب جلوگیری از ذوب شدن آنها شده و این دستگاهها به اندازه های مختلف ساخته می شوند و علت اصلی ابداع نقطه جوش برای جوشکاری صفحات نازک می باشند که با دستگاههای دیگر جوشکاری به سختی ممکن می باشد.
قطعات مختلف نقطه جوش نوع شلاتر
توضیح اینکه کارخانجات شلاتر دارای انواع دستگاههای نقطه جوش یا جوش دادن نقطه بوده و از ریزترین قطعات تا بزرگترین قطعات را از لحاظ دستگاه جوشکاری با آمپراژ و قدرت مشخص تامین می نماید.

توصیف شکل
http://forum.patoghu.com/images/poti/2009/01/7260.jpg

بازوهای جوشکاری نقطه جوش یا الکترودهای جوشکاری از پروفیل مخصوص
محل یا قلاب اتصال نقطه جوش (چون این نوع جوشکاری آویز در اکثر کارخانجات تولیدی استعمال می شود و بایستی کاملاً سریع التغییر و سریع العمل باشد).
دستگیره با محل گرفتن و فرمان دادن متخصص جوشکاری و قطعات و وسائل فرمان نیز دیده می شود برای سیلندر یا بدنه نقطه جوش
سیلندر نقطه جوش یا بدنه اصلی برای کورس دوبل یا تک با تغییر دهنده کورس سیلندر و ضربه گیر مربوطه که عمل تغییرات مکانی را به طور کلی انجام می دهد.
ترانسفورماتور جوشکاری که در خلاء ریخته شده و با آب سرد می شود . طبقه بندی ایزولاسیون . F
سردکنندگی سریع با آب در حداکثر زمان اتصال که چنانچه مدت زیادی هم وصل باشد سرد کنندگی انجام می گیرد.
محل اتصال کابل به دستگاه و سیمهای فرمان که بر طبق طول ضروری سری آن حداکثر 10 متر طول دارد و حداکثر دقت در طراحی و ساخت آن به عمل آمده تا از لحاظ اتصالات الکتریکی صیحیح باشد.
بازوی پائینی نقطه جوش که طوری طراحی گردیده است که احتیاج زیاد به رسیدگی و کنترل ندارد و مفاصل و اتصالات کاملاً دقیق می باشند.
فاصله صحیح و قابل تغییر مطابق با احتیاجات کار بازوی جوشکاری را می توان تغییر داد و بسته به ابعاد کار آن را تنظیم کرد.

مسئله مهم در نقطه جوش "اول ورود جریان آب و خروج آن ، از فک ها یا بازوهای جوشکاری است که بایستی دقیقاً کنترل شودکه باعث سوختن فک ها و دستگاه نشود.

مسئله دوم – زمان اتصال نقطه جوش است که در بعضی مواقع نیز از تامیر استفاده می گردد (قطع و وصل کننده دقیق زمان)

مسئله سوم- انتخاب صحیح الکترود یا دستگاه جوش با آمپر و و لتاژ مناسب می باشد که بسته به ضخامت کار بایستی طراحی و خریداری گردد.

مسئله چهارم – تمیز بودن فکهای جوشکاری به وسیله سنباده یا سوهان می باشد که اتصالات پهن و نا دقیق به دست ندهد و بایستی فکها پس از مدتی تیز شوند.

http://forum.patoghu.com/images/poti/2009/01/7261.jpg
انواع وسایل نقطه جوش دستی و آویز و لوله های اتصال آب به فک های آنها نشان داده شده است این شکل نوعی آموزش بصری و توضیحی است که جایگزین عدم وجود امکانات کارگاهی دیگر می گردد.

جوشکاری فلزات رنگین

جوشکاری فلزات رنگین با گاز استیلن یا کاربیت ( یا فلزات غیر آهنی)
فلزات غیر آهنی یا فلزات رنگی به فلزاتی گفته می شود که فاقد آهن و یا آلیاژهای آن باشند مانند مس – برنج – برنز- آلومینیوم- منگنز- روی و سرب
تمام فلزات رنگین را با کمی دقت و مهارت و آشنائی با اصول جوشکاری می توان جوش داد و برای جوشکاری این نوع فلزات بایستی خواص فلز را در نظر گرفت.

جوشکاری مس با گاز
بهترین طریقه برای جوشکاری مس جوشکاری با اکسیژن است( جوش اکسیژن = اتوگن= استیلن= کاربید اصطلاحات مختلف متداول می باشند) ضمناً می توان جوشکاری مس را با قوس الکتریک یا جوش برق نیز انجام داد.

ورقه های مس را مانند ورقه های آهنی برای جوشکاری آماده می کنند یعنی سطح بالائی را تمیز نموده و از کثافات و روغن پاک نموده و در صورت لزوم سوهان می زنند. ولی چون خاصیت هدایت حرارت مس زیادتر است باید مقدار آمپر را قدری بیشتر گرفت. بهتر است همیشه با قطب مستقیم جوشکاری را انجام داد ( با جریان مستقیم و الکترود مثبت) زاویه الکترود نسبت به کار مانند جوشکاری فولاد است. طول قوس حداقل باید 10 تا 15 میلی متر باشد, برای جوشکاری مس می توان از الکترودهای ذغالی استفاده کرد. الکترودهای جوشکاری مس بیشتراز آلیاژ مس و قلع و فسفر ساخته شده اند و گاهی نیز از الکترودهای که دارای فسفر- برنز- سیلکان یا آلومینیوم هستند استفاده می کنند چون انبساط مس در اثر گرم شدن زیاد است فاصله درز جوش را در هر 30 سانتیمتر در حدود 2 تا 3 سانتیمتر زیادتر در نظر می گیرند. خمیر روانساز مس معمولاً در حرارت 700 تا 1000 درجه ذوب می شود و به صورت تفاله (گل جوش) سبکی روی کار قرار می گیرد و از تنه کار به علت کف کردن در روی کار نباید استفاده شود. بدون روانساز هم می توان مس را جوش داد و معمولاً از براکس استفاده می گردد. مس را به وسیله شعله خنثی جوش دهیم تا تولید اکسید مس نکند چون ضریب هدایت حرارت مس زیاد است باید پستانک جوشکاری مشعل 1 تا 2 نمره بیشتر از فولاد انتخاب شود. بهتر است مس را قبل از جوشکاری گرم نمائیم و با سیم جوشکاری مخصوص جوش داد برای جوشکاری صفحه 5 میلیمتری سیم جوش 4 میلیمتری کافی است و از وسط ورق شروع به جوشکاری می نمائیم و وقتی فلز هنوز گرم است روی آن چکش کاری می شود تا استحکام درز جوش زیاد شود.


جوشکاری سرب
در این نوع جوشکاری بیشتر از گاز هیدروژن و اکسیژن استفاده می گردد. در جوشکاری سرب احتیاج به گرد مخصوص نیست ولی باید قطعات کار را قبل از جوشکاری کاملاً صیقلی نموده سیم جوش سرب باید کاملاً خالص باشد چون سرب مذاب بسیار سیال می باشد. لذا جوشکاری درزهای قطعات سربی که به وضع قائم قراردارند بسیار دشوار و مستلزم مهارت و تجربه زیاد است.


جوشکاری چدن با برنج یا لحیم سخت برنج
چدن را می توان با برنج جوش داد. قطعات چدنی را باید همان طوری که برای جوشکاری با سیم جوش چدنی آماده می شوند برای برنج جوش آماده ساخت. لبه های درز جوش را باید به وسیله سوهان یا ماشین تراشید و هیچگاه لبه های درز قطعات چدنی را با سنگ سمباده پخ نزنید. زیرا ذرات گرافیت روی ذرات آهن مالیده می شوند و لحیم سخت خوب به چدن نمی چسبد. قطعات چدنی را قبل از شروع به جوش دادن حدود 210 تا 300 درجه سانتی گراد گرم کنید و گرد جوشکاری مخصوص چدن به کار برید تا بهتر به هم جوش بخورد.

نقطه ذوب سیمهای برنجی باید در حدود 930 درجه سانتی گراد باشد. سیمهای برنجی که برای جوش دادن قطعات چدنی به کار می روند دارای مقدار زیادی مس است و کمی نیکل نیز دارند . نیکل اتصال لحیم را به چدن آسان می کند و نقطه ذوب زیاد آن موجب سوختن گرافیت درز جوش می شود . در جوشکاری چدن با برنج از شعله ملایم پستانک بزرگ با فشار کم استفاده کنید. اگر فشار شعله زیاد باشد گرد جوشکاری از درز خارج می شود و در نتیجه قطعات چدنی خوب به هم جوش نمی خورند. قطعات چدنی را باید پس از جوشکاری در محفظه یا جعبه ای پر شن یا گرد آسپست قرار داد تا بتدریج خنک شود و سبب ***ندگی و ترک و سخت شدن چدن نگردد.


جوشکاری منگنز
از منگنز به صورت خالص استفاده نمی شود در جهت عکس از آلیاژهای ماگنزیوم استفاده می شود که برای ریختگی فشاری از آن استفاده می گردد . به جای آلیاژهای Mg. Mn و Mg. Al و Mg AlZn امروزه از آلیاژهای مخصوصاً محکم Zr و Th استفاده می شود.

برای جوشکاری ماگنزیوم و آلیاژهای آن از همان شرایط جوشکاری آلومینیوم استفاده می گردد.

قابلیت هدایت حرارت زیاد و انبساط سبب پیچش زیاد کار می شود. ماگنزیوم در درجه حرارت محیط به سختی قابل کار کردن است و در 250 درجه می توان به خوبی کار گرد.


جوشکاری برنج با گاز
برنج مهمترین آلیاژ مس است و از مس و روی و گاهی قلع و مقداری سرب تشکیل می شود، این فلز در مقابل زنگ زدگی و پوسیدگی مقاوم است. چون روی در حرارت نزدیک ذوب برنج تبخیر می گردد بنابراین جوشکاری با این فلز مشکل می باشد. برنج از 60 درصد مس و 40% روی و گاهی مقداری سرب تشکیل شده است. درموقع جوشکاری روی به علت بخار شدن و اکسید روی محل جوش را تیره کرده و عمل جوشکاری را مشکلتر می نماید. ضمناً گازهای حاصله خطرناک بوده و باید از محل کار تخلیه گردند. درموقع جوشکاری روی حرکت دست بسیار مهم است و باید حتی الامکان سرعت دست را زیاد کرده وگرده جوش کمتری ایجاد نمود تا فرصت زیادی برای تبخیر روی نباشد. برنج را می توان با الکترودهای گرافیتی و معمولی جوشکاری نمود، درجوشکاری برنج از قطب معکوس استفاده می شود.

فاصله قوس الکتریکی باید حداقل 5 تا 6 میلیمتر باشد. برنج ساده تر از فولاد و چدن و مس جوش داده می شود و استحکام و قابلیت انبساط آن درمحل درز جوش بسیار خوب است. توجه شود چون انقباض و انبساط برنج زیاد است نمیتوان به وسیله چند نقطه جوش به هم وصل کرد بلکه بایستی به کمک بست هائی که در حین جوشکاری می توان آنها را به هم متصل نمود از پیچیدگی جلوگیری شود.

توجه شود که در جوشکاری از سیمهای مخصوص جوشکاری برنج که مقدار مس آن 42 تا 82 درصد است استفاده نمائید و برای جلوگیری از اکسیداسیون از گرد جوشکاری استفاده می شود و از استعمال تنه کار در جوشکاری برنج باید خودداری شود زیرا درز جوش را خورده سوراخ سوراخ و متخلخل می سازد و شعله را باید طوری تنظیم کرد که اکسیژن آن از استیلن بیشتر باشد زیرا روی در حرارت 419 درجه ذوب و در 910 درجه تبخیر می شود و رسوبی از روی و اکسید روی در کنار درز جوش به وجود می آید. مقدار اکسیژن شعله بستگی به نوع آلیاژ دارد و می توان قبلاً قطعه ای از آن را به طور آزمایشی جوش داد و اگر درز جوش سوراخ و خورده نشد خوب است. و اکسیژن زیاد هم باعث کثیف شدن جوش می شود . ورقهای نازکتر از 4 میلیمتر را از راست به چپ و ورقهای ضخیم تر از 4 میلیمتر را از چپ به راست جوش می دهند. به چکش کاری و خروج دود خطرناک و استفاده از ماسک مخصوص وباز نمودن پنجره وهواکش باید توجه نمود.


جوشکاری فولاد زنگ نزن با گاز
قابلیت هدایت حرارت فولاد زنگ نزن کمتر از فولاد معمولی می باشد و می توان سر مشعل را کوچکتر انتخاب کرد. شعله جوشکاری باید برای جوش فولاد زنگ نزن خنثی باشد زیرا اکسیژن یا استیلن اضافی با عناصر تشکیل دهنده فولاد زنگ نزن ترکیب شده و درز جوش خورده پس از مدتی زنگ می زند . روانساز جوشکاری فولاد زنگ نزن را به صورت خمیر در آورده روی درز جوش می مالیم . سیم جوش باید حتی المقدور از نوع خود فولاد زنگ نزن انتخاب شود و بهتر است تسمه باریکی از جنس همان فولادی که باید جوش داده شود را بریده و به جای سیم جوشکاری استفاده کرد.
در روش جوشکاری این فولاد مشعل را باید طوری نگهداشت که زاویه آن نسبت به کار بین 80 تا 90 درجه باشد . زاویه سیم جوش در حدود 20 تا 40 درجه است وسیم جوشکاری را جلوی مشعل نگذارید تا همزمان با لبه کار ذوب شود و نوک مخروطی باید با ناحیه مذاب تماس داشته باشد تا از اکسیده شدن فلز جلوگیری کند. و شعله را نباید یک دفعه از کار دور نمود زیرا درجه انبساط فولاد زنگ نزن بیشتر از فولاد معمولی است و بابست های مخصوص از پیچیدن و کج شدن آن در موقع جوشکاری باید جلوگیری کرد فاصله لبه کار را باید برای هر 30 سانتیمتر 3 الی 4 میلیمتر بیشتر در نظر گرفت. پس از تمام شدن کار جوشکاری به وسیله برس و شتشو مواد اضافی تفاله و روانساز و یا گرد جوشکاری اضافی را باید کاملاً تمیز کرد و بر طرف نمود.


جوشکاری فولادهای مولیبدونی
وقتی که به فولاد مولیبدون اضافه شود مقاومت آن را بالا می برد مخصوصاً در حرارتهای زیاد ، بنابراین موارد استعمال این نوع فولاد بیشتر در لوله هائی که تحت فشار و حرارت زیاد باشد بیشتر است. بعضی از فولادهای مولیبدونی دارای مقداری کرم نیز هستند این آلیاژ را که مولی کرم می نامند بیشتر در ساختن قطعات مقاوم هواپیما به کار برده می شوند. جوشکاری این فولاد مانند جوشکاری آهن می باشد با این تفاوت که برای مقاوم بودن جوش باید از الکترود نوع E_7010 و E_7012 و E_7020 استفاده شود و برای قطعات ضخیم که گرده های پهن مورد احتیاج است می توان از فولادهای قلیائی (E_7016 ، E_7015 (LOWHYDROGE استفاده نمود. در مورد جوشکاری ورقهای 5 میلیمتر و ضخیمتر لازم است بعد از جوشکاری 1200 الی1250 درجه فارنهایت گرم کرده و برای ضخامت 5/12 میلیمتر به مدت یک ساعت گرم نگهداشت و بعد از آن باید قطعه به آهستگی سرد نمود به طوری که در هر ساعت 200 الی 250 درجه فارنهایت از حرارت آن کاسته شود وقتی که قطعه به 150 درجه فارنهایت رسید بعد می توان قطعه را در هوای معمولی سرد کرد.


جوشکاری مونل واینکونل
فلز مونل آلیاژی است از 67 % نیکل 30% مس و مقدار کمی آهن و آلومینیوم ومنگنز.
فلز اینکونل آلیاژی است از 80% نیکل ، 15% گرم و 5% آهن.
این دو فلز به علت مقاومت زیادی که در مقابل زنگ زدگی دارند برای ساختن تانکر و ظروف حامل مایعات به کار می روند.
مونل و اینکونل را می توان با الکترودهای پوشش دار به آسانی آهن جوشکاری کرد.
بنابراین جوشکاری این فلزات در تمام حالتها امکان پذیر است ولی بهتر است که درحالت تخت عمل انجام گیرد. قطعاتی که ضخامت آنها کمتر از 5/1 میلیمتر است نباید با قوس الکتریکی جوشکاری نمود. برای جوشکاری مونل واینکوئل باید عملیات زیر را انجام داد.

قشر نازک اکسید تیره رنگ را از نقاطی که باید جوشکاری کرد به وسیله برس یا سمباده پاک نمائید.
به گرم کردن قبلی احتیاجی نیست.
از الکترودهای با پوشش ضخیم استفاده به عمل آید.
درمورد جوشکاری حالت تخت زاویه الکترود نسبت به خط قائم درجه و در مورد حالتهای دیگر الکترود عمود بر صفحه باید باشد.
– گرده های باریک ایجاد گردد.


جوشکاری طلا
جوشکاری طلا به طریقه DC باجریان مستقیم انجام میگرد. الکترود را به قطب منفی وصل می نمائیم و یا با جریان فرکانس زیاد جریان متناوب کار میکنیم . ضمناً می توان برای جوشکاری طلا از طریقه جوشکاری نقطه جوش استفاده کرده که با الکترود و لفرامی عمل می نماید و پس از جوشکاری به وسیله صیقل نمودن با الکل کار را براق می نمائیم . ضمناً به وسیله جوشکاری کند پرسی نیز می توان طلا راجوش داد. جوش دادن متداول با شعلهای ریز و دقیق شبیه جوشکاری نقطه جوش می باشد.

[Sara12]

فولاد هاي مقاوم حرارتي

امروزه فولادها در شرایط متغیر و گسترده ای ؛ شامل محیط هایی با دمای بالا و خورنده تحت شرایط تنش استاتیكی و دینامیكی بكار می روند. از قبیل دریچه های موتور هواپیما ، حامل های كوره ، رتورت ها ، واحدهای كراكینگ نفت و توربین های گازی . سه مشخصه برای فلزاتی كه در دمای بالا به كار می روند ؛ مورد نیاز است :


1- مقاومت به اكسیداسیون و پوسته شدن


2- حفظ استحكام در دمای كاری


3- پایداری ساختار ؛ با توجه به رسوب كاربیدها ، كروی شدن ، كاربیدهای سیگما، تردی بازپخت


دیگر ویژگی ها نیز ممكن است در كاربرد مهم باشند ؛ همچون مقاومت ویژه و ضریب حرارتی برای اهداف الكتریكی ، ضریب انبساط برای واحدهای ساختمانی و مقاومت به نفوذ در اثر پدیده سوختن در بعضی كاربردهای كوره ای . در مورد فولادهای توربین های گازی مشخصات دیگری نیز مطرح می شود ، ظرفیت میرایی داخلی و استحكام خستگی ، حساسیت به فاق و استحكام ضربه ای ( سرد و گرم ) ، مشخصه جوشكاری و ماشینكاری ، بویژه در رتورهای بزرگ كه باید با حداقل مقاطع جوشكاری شده ساخته شوند .


پوسته اكسیدی كه بر روی آهن شكل می گیرد متخلخل بوده و چسبنده نیست، اما این پوسته در اثر اضافه كردن عناصر ویژه ای به فولاد ، چسبنده و محافظ می شود . این عناصر كرم ، سیلیسیم و آلومینیوم هستند و آنها بوسیله میل تركیبی زیاد با اكسیژن توصیف می شوند ؛ اما واكنش بوسطه شكل گیری فیلم اكسیدی خنثی به سرعت متوقف می شود. مقاومت به اكسیداسیون فولاد نرم بوسیله شكل گیری آلیاژ آهن - آلومینیوم در سطح ، به مقدار زیادی بهبود می یابد. این عمل به وسیله حرارت دادن در 0C 1000 و تماس با پودر آلومینیوم (calorising ) یا اسپری حرارتی انجام می شود.


بهبود مقاومت خزشی نیز بوسیله روش های زیر بدست می آید :


- بالا بردن دمای نرم شدن بوسیله انحلال عناصر آلیاژی


- استفاده معقول از رسوب سختی در دمای كاری ، بدون پدیده فراپیری . سختی فاز ثانویه شدیدا وابسته به درجه و یكنواختی ، پراكندگی بدست آمده است و ضریب خزش وابسته به دامنه فاصله اجزا است .


- كنترل درجه كارسختی در بازه دمایی مناسب كه اغلب اندازه خزشی اولیه را كاهش می دهد.


- تغییرات در پروسه تولید ، اكسیژن زدایی و ذرات درون مرزهای كریستالی نیز می توانند روی خواص خزشی تاثیر گذار باشند.


- ذوب در خلا مزایایی دارد كه در روش های معمول نمی توان به آنها دست یافت .


خواص مكانیكی نیز بوسیله اضافه كردن عناصر گوناگون بهبود بخشیده می شود ؛ كبالت ، تنگستن و مولیبدن باعث استقامت فولاد در برابر عمل تمپر كردن می شود. فولادهای آستنیتی آلیاژی هیچ تغییری ندارندو بنابراین بوسیله سرد كردن در هوا سخت نمی شوند . اما مقاومت به سایش آنها خوب نیست . مقدار كافی از عناصر آلیاژی همچون سیلسیم و كرم خط Ac را بالا می برد. فولاد با درصد بالای نیكل نباید در دمای بالا در تماس با دی اكسید گوگرد و یا دیگر تركیبات گوگردی قرار گیرد ؛ چون فیلم های كریستالی سولفید نیكل شكل می گیرد.


در فولادهایی با كرم بالا كاربیدها به هم پیوسته و بزرگ می شوند، كه این منجر به كم كردن مسدود شدن رشد دانه های فریت در دمای بالای 0C 700 می شود. رشد بیش از اندازه دانه ها باعث كم شدن تافنس می شود. همچنین رشد دانه در بالای 0C 1000 در فولاد های آستنیتی اتفاق می افتد، اما هیچ مشكلی بوجود نمی آید . چون آنها حتی در شرایط دانه های درشت چقرمه و داكتیل باقی می مانند. هنگام گرم كردن در بازه 0C 500- 900 فولادهای آستنیته ، كاربیدها در طول مرزهای آستنیت رسوب نمی كنند و بعلت اینكه ترك های درون بلوری احتمالا افزایش می یابند اگر فولاد تحت تنش پیوسته در شرایط كششی در این رنج دمایی قرار گیرد. فولادهای فرتیك و آستنیتیك در تركیب ویژهای بوسیله شكل گیری فاز سیگما ترد می شوند.

[Sara12]

كاربرد بیوتكنولوژی در متالوژی

بیوتكنولوژی به عنوان فنونی كه از میكروارگانیسم ها و یا بخشی از سلول برای دسترسی به بعضی از اهداف صنعتی و بهداشتی و زیست محیطی استفاده می كند، تعریف شده است. در صنایع معدنی و متالوژی نیاز روز افزون به مواد اولیه و كاهش ذخایر معدنی پرعیار ، ضرورت مصرف بهینه انرژی در رعایت دقیق معیار های زیست محیطی ، كاربرد روش های جدید ، ایجاد تحول در صنایع معدنی و متالوژی را ضروری كرده است. همچنین توسعه فن آوری های جدید برای فرآوری منابع كم عیار و یا منابعی كه روش های معمول كارایی لازم را برای آنها نداشته و یا ملاحظات اقتصادی امكان استفاده از آنها را نمی دهد. توجه به بازیابی مواد معدنی و متالوژی محور دیگری از این تحول می باشد. توسعه روش هایی جهت كاهش آلودگی های زیست محیطی كه منشا در گاز خروجی كارخانه ها و نیروگاه ها ، بخصوص صنایع متالوژی و پساب صنایع مختلف دارد، مانند جذب و بازیابی فلزات سنگین از پساب ها و كاهش گوگرد از سوخت های فسیلی. برخی از مشكلات صنایع معدنی و متالوژی با كاربرد فنونی كه از میكروارگانیسم ها استفاده می كنند، قابل حل می باشد و در نتیجه بسیاری از توسعه روش ها و فن آوری های جدید نیز بر این پایه قرار دارند.


كاربرد این روش ها در متالوژی نسبت به سایر صنایع جدید تر بوده و برای اولین بار از حدود چهل سال قبل شروع شده است . امروزه این فنون در متالوژی به منظور استفاده از مواد اولیه فقیر فلزی ، تصفیه پساب های صنعتی و بازیابی فلزات موجود در آن ، حل كردن مواد معدنی و غیره بكار می رود. با تغییر ساختار ژنتیكی میكروارگانیسم ها در جهت رسیدن به مشخصات مورد نیاز، موفق به تولید فرآورده هایی در صنعت متالوژی شده اند، كه امكان تهیه آن از طریق سایر روش هابه صورت اقتصادی میسر نبوده است.


میكروارگانیسم ها جهت سوخت و ساز و انجام فرآیند های حیاتی خود از منابع آلی و معدنی موجود در محیط تغذیه می كنند. از این رو واكنش های مختلف شیمیایی ، شیمی فیزیكی را در شرایط مختلف طبیعی و یا مصنوعی تحت تاثیر خود قرار می دهند. كاربرد مثبت واكنش های متابولیكی موجودات زنده در زمینه فرآوری مواد معدنی و استخراج فلزات قلمرو جدیدی است كه تحقیقات پیرامون آن بیشتر در بخش های بیوتكنولوژی و میكرو بیولوژی انجام می گیرد. برخی كاربردها مانندبهبود بازدهی و فرآیندهای اكسیده و حل كردن كانی های كم عیار سولفیدی و كانسنگ های طلا و یا اورانیوم ، امروزه در مقیاس صنعتی استفاده می شوند.


كاربرد بیو تكنولوژی در فر آوری و استخراج فلزات متعدد می باشد كه برخی از مهمترین آنها عبارت اند از:


- استفاده از میكروارگانیسم ها در كانه ارایی : میكروارگانیسم هایی در طبیعت وجود دارند كه ضمن داشتن بار الكتریكی منفی به شدت آب گریز اند و می توان از آنها برای تغلیظ بعضی از مواد معدنی استفاده كرد. بررسی های انجام شده نشان داده است كه گونه ای از میكروارگانیسم ها را می توان برای جدا سازی بعضی از كانی ها مانند فسفات ها ، ذرات ریز ذغال و كانی هماتیت مورد استفاده قرار داد.


- استفاده از میكروارگانیسم در تصفیه پساب ها : آب های خروجی بسیاری از صنایع حاوی تركیبات آلی و معدنی است ، كه طی فرآیند مورد استفاده قرار گرفته اند. این تركیبات مناسب با ماهیتشان به درجات متفاوت سمی می باشند. به عنوان مثال می توان از محلول های سیانور دار كه در استخراج طلا بكار برده می شود ، نام برد. بعضی از میكروارگانیسم ها و یا آنزیم ترشح شده از آنها در تجزیه سیانور آزاد موثر بوده و در نتیجه در بهبود و ضعیت زیست محیطی پساب های سیانوری تولید شده از واحد های هیدرو متالوژی فلزات گرانبها نقش مهمی دارند. بازیابی فلزات و جذب آنها از دور ریز ها توسط باكتری ها بسار سریع بوده و معمولا از چند دقیقه ***** نمی كند . عبور پساب آلوده از حجم آلوده باكتری ( بیوماس) برای حذف عناصر آلوده كننده آن كافی می باشد. آب خروجی راكتورهای اتمی معمولا حاوی مواد رادیواكتیو می باشد. كه مقدار آن از یك تا چند ppm تغییر می كند. و عملا بجز كاربرد باكتری ، سایر رو ش ها بصورت اقتصادی قادر به حذف آنها نیستند.


- استفاده در جذب یون های فلزی : بعضی از موجودات ذره بینی قادرند یون های فلزات سنگین را از محلول ، بویژه محلول های رقیق جذب سطح خارجی خود كرده و بدین ترتیب این یون های فلزی را از محلول جدا كنند. این روش برای جدا سازی فلزات از پساب هی صنعتی و یا از محلول های حاصل از فرآیندهای هیررو متالوژی كاربرد فرآوان دارند.


- استفاده در استخراج فلزات : در استخراج فلزات به روش هیدرو متالوژی یكی از مهمترین مراحل حل كردن كانی های معدنی به كمك حلال مناسب بنحوی كه در این فرآیند قسمت بیشتر فلز مورد نظر به صورت محلول و یا رسوب در آید . اكسیده كردن و انحلال میكروبی سنگ های معدنی بویژه سنگ های سولفوری كم عیار مهمترین جنبه كاربرد میكروارگانیسم ها به منظور افزایش بازدهی حل شدن می باشد كه در مورد كانی های طلادار و كانسنگ های اورانیم كاربرد صنعتی دارد. بكارگیری میكروارگانیسم ها جهت تسریع واكنش های مورد نظر در حل كردن كه در نهایت به آزاد سازی آنها منجر می شود. تحت عنوان فروشویی زیستی شناخته می شود. مزایایاین روش نسبت به روش های دیگر عبارت اند از :


* اثرهای مضر زیست محیطی به مراتب كمتر بر روی منابع آبی و هوا


* نیاز به انرژی كمتر


* عدم نیاز به تجهیزات پیچیده و در نتیجه سرمایه گذاری كمتر


* عمل حل كردن بیولوژیكی را می توان در اعماق زمین و بدون استخراج معدنی انجام داد.


محدودیت عمده بكار گیری این روش ناشی از نیاز به دانش فنی و آگاهی عمیق به مبانی بیوتكنولوژی می باشد. دست اندر كاران پروژه های تحقیقاتی در این زمینه باید حتما از مبانی میكروب شناسی ، بیوشیمی و بیوتكنولوژی اطلاع كافی داشته باشند.


چند نمونه كاربرد باكتری در مقیاس صنعتی و نیمه صنعتی :


1- حل كردن ارانیوم ( توسط باكتری های TF از سنگ معدن حاوی پیریت پیروتیت)


2- استخراج طلا از سنگ های مقاوم طلا دار ( سنگ معدن پیریت و ارسینو پیریت)


3- حل كردن بیولوژیك رس ها و تولید آلومین




- گوگرد زدایی زیستی: سوخت های فسیلی حاوی گوگرد در محصولات احتراق خود علاوه بر گاز های اكسید گوگرد و اكسیز ازت ، مقداری غبار نیز وجود دارد. كه مجموعا از عوامل آلوده كننده محیط زیست می باشند. باران های اسیدی ناشی از رها سازی اكسید گوگرد در فضا ، حیات بسیاری از گیاهان و جانداران و بخصوص آبزیان را به خطر بیندازند. بعلاوه این باران ها عامل خوردگی فلزات و سنگ های ساختمتنی نیز می باشند.


حذف گاز های الوده كننده از محصولات احتراق رقم بسیار بزرگی را تشكیل می دهد. از همین رو جذف و یا كاهش مقدار گوگرد در سوخت های فسیلی اهمیت بالایی برای صنایع دارد. حذف گوگرد مبتنی بر فن اوری های فیزیكی و شیمیایی ، مشكلاتی را به همراه دارد كه رویكرد به روش های بیوتكنولوژی را ناگزیر نموده است. از ویژگی های مثبت آن این است كه برخی از میكروارگانیسم ها به طور اختصاصی فقط پیوند كربن - گوگرد را شكسته و با جدا كردن گوگرد بقیه مولكول آلی را رها می كنند. در آینده نچندان دور گوگرد زدایی زیستی جایگزین روش های فیزیكی و شیمیایی می شود.







برای آشنایی بیشتر با این مفاهیم می توانید به كتاب " فناوری میكروبی در متالورژی" مراجعه كنید . نویسندگان این كتاب عبارت اند از : دكتر رامز وقار، دكتر منوچهر اولیا زاده و دكتر محمد رضا وقار. ناشر این كتاب دانشگاه صنایع و معادن ایران است.


شابك : 946-360-374-1