دستیابی به فناوری اتصال آلیاژ های راهبردی توربین سازی با استفاده از لایه واسط نقره

به گزارش خبرگزاری صدا و سیما، سعید وزیریان با راهنمایی دکتر علی فرزادی، عضو هیأت علمی دانشکده مهندسی مواد و متالورژی این دانشگاه، طرح پژوهشی با عنوان «سازوکار تحولات ریزساختاری و خواص مکانیکی اتصال فاز مایع گذرای آلیاژ Ti-6Al-4V به سوپرآلیاژ پایه نیکل اینکونل 617 با لایه واسط پایه نقره» را اجرایی کردند.

وزیریان درباره اهداف این پژوهش گفت: این طرح با هدف کاهش دما و زمان اتصال برای حفظ ریزساختار دوفازی آلیاژ Ti-6Al-4V، ساخت قطعات دوفلزی مورد نیاز صنایع پیشرفته و جلوگیری از تشکیل فاز های بین فلزی مخرب در ناحیه اتصال انجام شد.

وی افزود: ساخت قطعات دوفلزی در صنایع نیروگاهی، هواپیماسازی و خودروسازی از اهمیت بالایی برخوردار است؛ به ویژه در قطعاتی که دو سمت آنها در معرض شرایط دمایی متفاوت قرار دارند. در این پژوهش تلاش شد ضمن حفظ ویژگی های ریزساختاری آلیاژ های پایه تیتانیوم، اتصال دو آلیاژ کاربردی با ضرایب انبساط حرارتی متفاوت در کمترین دما و زمان ممکن و با استحکام برشی مناسب حاصل شود.

مجری این طرح تحقیقاتی درباره روش اجرای پژوهش توضیح داد: در این مطالعه از روش فاز مایع گذرا (Transient Liquid Phase) که یکی از فرایند های لحیم کاری محسوب می شود، استفاده شد. این روش امکان به حداقل رساندن تشکیل مذاب و کاهش اثر تنش های پسماند در ناحیه اتصال را فراهم می کند.

این دانش آموخته دانشگاه صنعتی امیرکبیر ادامه داد: در ابتدا آلیاژ های پایه و لایه واسط تهیه شدند و با مونتاژ آنها نمونه ها برای انجام فرایند اتصال دهی آماده شدند. سپس عملیات اتصال دهی در یک کوره خلأ High-Tech انجام شد. پس از آن خواص مکانیکی و فیزیکی اتصالات مورد ارزیابی قرار گرفت.

وزیریان خاطرنشان کرد: در اجرای طرح از محاسبات ترمودینامیکی برای پیش بینی و تحلیل ریزساختار تحولات ریزساختاری در ناحیه اتصال استفاده شد که نقش مهمی در خواص نهایی اتصال و سازه ساخته شده دارد.

وی استفاده از لایه های واسط چندعنصری را یکی از مهم ترین پیچیدگی های این پژوهش عنوان کرد و یادآور شد: در این شرایط سیستم های نفوذی بسیار پیچیده ای شکل می گیرد به نحوی که روابط تحلیلی متداول قادر به پیش بینی دقیق اثر متغیر ها بر فرایند اتصال نیستند. برای غلبه بر این چالش از نمودار های فازی ترمودینامیکی مبتنی بر روش CALPHAD استفاده شد. همچنین مکانیزم اتصال در این سامانه به دلیل تعدد واکنش ها و تحولات ریزساختاری از پیچیدگی بالایی برخوردار است که در این تحقیق به صورت جامع مورد بررسی قرار گرفت.

مجری طرح به کاربرد های این دستاورد تحقیقاتی نیز اشاره کرد: نتایج این پژوهش در صنایع هوافضا و هواپیماسازی، به ویژه در ساخت قطعات موتور هواپیما و همچنین در تولید توربوشارژر های مورد استفاده در صنعت نیروگاهی و خودروسازی قابل بهره برداری است.

وزیریان با اشاره به دستاورد های علمی حاصل از این پژوهش گفت: تاکنون دو مقاله علمی مستخرج از حدود 50 درصد نتایج این پایان نامه در نشریات معتبر بین المللی به چاپ رسیده است و دو مقاله دیگر نیز در حال نگارش و آماده سازی برای انتشار هستند.

وی افزود: در این تحقیق برای نخستین بار از محاسبات ترمودینامیکی در فرایند اتصال فاز مایع گذرا (Transient Liquid Phase) استفاده شد که این موضوع از جنبه های نوآورانه و متمایز این پژوهش به شمار می رود.

مجری این طرح درباره ادامه مسیر تحقیق اظهار کرد: نتایج این پژوهش می تواند مسیر علمی جدیدی را برای توسعه اتصال دهی این آلیاژ ها ایجاد کند و زمینه را برای حرکت به سمت نیمه صنعتی شدن این فناوری و بهره برداری از آن در صنایع مختلف فراهم سازد.

وی یکی از مهمترین ویژگی های این پژوهش را تحلیل و بررسی سیستم های پیچیده فازی با تکیه بر مبانی علم پایه و بهره گیری همزمان از آزمایش های تجربی دانست که امکان شناخت دقیق تر سازوکار های حاکم بر فرایند اتصال را فراهم کرده است و گفت: بر اساس بررسی های انجام شده، این پژوهش نخستین کار تحقیقاتی در جهان است که بر اتصال این آلیاژ های با استفاده از لایه واسط پایه نقره اجرا شده و نمونه مشابهی برای آن گزارش نشده است.

مجری این طرح تحقیقاتی در خصوص مزیت رقابتی این دستاورد اظهار کرد: مهمترین مزیت این فناوری کاهش دما و زمان فرایند اتصال است؛ این موضوع در صنایع مختلف اهمیت ویژه ای دارد؛ چرا که اتصالات آلیاژ های نامشابه معمولاً به کوره های خلأ پیشرفته و پرهزینه نیاز دار

ند و کاهش زمان و دمای فرآیند می تواند هزینه های تولید را به میزان قابل توجهی کاهش دهد.

وی درباره هزینه اجرای طرح نیز گفت: بخش عمده هزینه های این پژوهش مربوط به تهیه آلیاژ ها و استفاده از کوره خلأ با فناوری بالا بود. برآورد ها نشان می دهد هزینه اجرای طرح با نرخ ارز زمان انجام پژوهش در حدود 100 میلیون تومان بود.

وزیریان در پایان با اشاره به کاربرد های این فناوری خاطرنشان کرد: نتایج این پژوهش در ساخت قطعات پیشرفته مورد استفاده در صنایع هواپیمایی، نیروگاهی و از جمله توربوفن هواپیما، بخش هایی از بدنه هواپیما و همچنین توربوشارژر های خودرو قابل استفاده خواهد بود.