تحقیق درباره بررسی استحاله فاز منیزیم و آلیاژهای آن

فرمت فایل : word (قابل ویرایش) تعداد صفحات : 46 صفحه

مقدمه

اطلاعات مربوط به حلالیت عناصر مختلف در منیزیم در سیستم های دو تایی آلیاژهای منیزیم در جدول 1 ارائه گردیده است .که در آن بخش نخست شامل عناصری است که در ترکیب آلیاژهای تجاری مورد استفاده قرار می گیرند.به استثنای کادمیوم که تشکیل محلول جامد کامل در منیزیم به ازا همه مقادیر کادمیوم را می دهد،سایر عناصر به صورت محدود در منیزیم حل می شوند. در بخش غنی از منیزیم در دیاگرام های فازی سیستم های پریتکتیکی یا معمول تر از آن ،یوتکتیکی دیده می شود و همچنین امکان تشکیل ترکیبات بین فلزی متعددی وجود دارد که ساختار آنها معمولا یکی از سه نوع زیر است .

AB: مکعبی ساده با ساختار CsCl. مثال هایی از این نوع MgTi, MgAg, CeMg, SnMg می باشد که در آنها منیزیم می تواند جز الکتروپوزیتیو یا جز الکترونگاتیو باشد.AB2: ترجیحا فلزهای با نسبت شعاعی Ra/Rb=1.23 هستند که سه مورد بطور مشخص شناخته شده اند:

MgCu2(F.C.C ،ترتیب چیده شدن صفحات فشرده اتمی :abcabc)

MgZn2(هگزاگونال ،ترتیب چیده شدن صفحات فشرده اتمی :ababab)

MgNi2(هگزاگونال ،ترتیب چیده شدن صفحات فشرده اتمی:abacabac)

AB2 : دارای ساختمان F.C.C مشابه CaF2 این گروه شامل عناصر گروه IV بوده و مثالهایی ار آن ،Mg2Si, Mg2Sn می باشد.

جدول 1.اطلاعات مربوط به حد حلالیت عناصر الیاژی در منیزیم در الیاژهای دوتایی منیزیم

توسعه آلیاژهای ریختگی منیزیم همواره نسبت به آلیاژهای کارپذیر آن پیشی گرفته اند و بویژه در اروپا ،آلیاژهای ریختگی معمولا (85-90) درصد کل محصولات را تشکیل می دهند. عناصر آلیاژی که اولین بار در تهیه آلیاژهای تجاری منیزیم مورد استفاده قرار گرفتند .آلومینیوم ،روی، منگنز بوده اند و سیستم Mg-Al-Zn هنوز رایج ترین سیستم مورد استفاده برای قطعات ریختگی است .اولین آلیاژ کارپذیر منیزیم Mg-%1.5Mn بوده که به صورت ورق ،قطعات اکسترود شده و آهنگری شده تولید گردید ، اما امروزه استفاده از این آلیاژتا حد زیادی کنار گذاشته شده است .

اولین قطعات ریخته گری شده از آلیاژهای Mg-Al-Zn در محیط مرطوب دچار خوردگی شدید می شدند .در سال 1925 با افزودن مقادیر کمی (0.2 درصد وزنی )منگنز که موجب افزایش مقاومت به خوردگی می گردد ،این مساله تا حدود زیادی مرتفع شد.نقش عنصر منگنز ،تبدیل آهن و برخی ناخالصی های فلزی سنگین دیگر به ترکیبات بین فلزی نسبتا بی ضرر می باشد که برخی از آنها در طی ذوب جدا می شوند.در این زمینه هاناوالت[1]  و همکاران او در تحقیقات خود نشان دادند که حد مجاز عناصر نیکل ،آهن و مس در این آلیاژ به ترتیب 5،170، 1300  قسمت در میلیون (ppm) می باشد .افزایش بیش از حد مجاز ایت عناصر باعث افزایش سریع خوردگی این آلیاژ می شود .مثالی از این رفتار درشکل 2 دیده می شود .

شکل 2.تاثیر اهن بر خوردگی منیزم خالص (در محلول 3% نمک طعام)

مشکل دیگر در قطعات ریختگی آلیازهای منیزیم ،درشت دانگی و متغییر بودن اندازه دانه ها می باشد .این مساله اغلب ضعف خواص مکانیکی ،تخلخل های ریز ،ودر مورد محصولات کارپذیر جهت دار شدن بیش از حد خواص را در پی دارد.مقادیر تنش تسلیم این آلیاژها نیز نسبت به استحکام کششی پایین بوده است .در سال 1973  در آلمان ساوروالد[2] دریافت که زیرکنیوم اثر زیاده در ریز کردن دانه ها ی منیزیم دارد.با این وجود ، چندین سال گذشت تا روشی مطمئن برای آلیاژ کردن این فلز بدست آمد.

ظاهرا در بسیاری از آلیاژهای موجود زیرکنیوم نمی توانست مورد استفاده قرار گیرو ،زیرا به علت تشکیل دادن ترکیباتی پایدار با آلومینیوم و منگنز، از محلول جامد خارج می شد.این موضوع ،منجر به توسعه  در دماهای بالا دارای خواص مکانیکی بهتری بودند.هم اکنون این آلیاژهای مهم کارپذیر و ریختگی منیزیم در جداول 2و 3 آورده شده است.پیشنهاد می شود آلیاژهای زیرکنیوم بطور جداگانه مدنظر قرار گیرند.ویژگی دیگر سیستم های آلیاژی که در آن ها حلالیت تا حد زیادی متاثر از عامل اندازه اتمی می باشد .این است که حلالیت در حالت جامد عموما با افت درجه حرارت کاهش می یابد .وجود چنین وضعیتی ،شرط لازم برای رسوب سختی است و بسیاری از آلیاژهای منیزیم برای این پدیده مستعد هستند .با وجود این ، عکس العمل های آنها نسبت به این پدیده به نحو قابل توجهی کمتر از آنچه در آلیاژهای آلومنیوم مشاهده می شود،می باشد .فرآیند های رسوب گذاری معمولا پیچیده بوده و مکانیزم آنها کاملا شناخته نشده است .مراحل احتمالی فرآیندهای رسوب سختی در آلیاژهای مهم تجاری منیزیم در جدول 4 آمده است .در فرآیند پیر سازی اغلب آلیاژهای منیزیم ،یک مرحله مشتمل بر تشکیل رسوبی با شبکه هگزاگونال و منظم با ساختار کریستالی از نوع (Mg2Cd)DO19 و هم سیما با شبکه منیزیم وجود دارد .این ساختار مشابه با فاز معروف   (منطقه GP2) در آلیاژ پیرسختی شده Al-Cu می باشد و اغلب در آلیاژهایی که در آنها اختلاف اندازه اتمی عناصر متشکله زیاد است ،یافت می شود .

.

شکل 3 مدل نشان دهنده فصول مشترک با انرژی پایین درطول صفحات  {10-10 }و {11-20}

این فاز که موجب سخت کردن برخی از آلیاژهای منیزیم میشود ،در محدوده ی وسیعی از دما پایدار بوده و حداکثر سختی را تامین میکند .شبکه DO19 دارای محور a با طولی دو برابر طول محور a  مربوط به زمینه منیزیم ،و محور c هم اندازه با آن است .رسوب به صورت صفحات یا دیسکهای موازی با جهات Mg <001> در امتداد صفحات {10-10 }و {11-20}  تشکیل می شود .در ایت امتداد باید توجه کرد که صفحات متناوب {10-10 } و {11-20}  در ساختاری با ترکیب Mg2X متشکل از اتم های منیزیم می باشند .شکل 3.بنابراین انتظار می رود فصل مشترکی  با انرژی پایین (کم انرژی) در امتداد این صفحات تشکیل گردد، زیرا فقط دومین باندهای نزدیکترین همسایه باید تغییر کنند .این وضعیت ساختاری ،عامل پایداری نسبی فاز در محدوده ی وسیع دمایی، و احتمالا مهمترین عامل در افزایش مقاومت خزشی در آن دسته از آلیاژهای منیزیم است که این فاز در آنها تشکیل می گردد

 

دانلود مقاله کلسیم

کلسیم

معرفی

کلسیم ، یکی از عناصر شیمیایی با نشانه Ca، دارای عدد اتمی 20 و در گروه دوم اصلی جدول تناوبی قرار گرفته است. کلسیم از نظر فراوانی ، در میان کلیه عناصر پوسته زمین دارای مقام پنجم و در میان فلزات دارای مقام سوم است ترکیبات کلسیم تشکیل دهنده 64/3 % از پوسته زمین می‌باشد. بلورهای سفید کلسیم ، در دمای C˚810 ذوب می‌شوند و فلز کلسیم در آب و اسید محلول بوده و هیدروکسید و نمک تولید می‌نماید.

 

منابع

منابع کلسیم در پهنه زمین گسترده بوده و در هر یک از سرزمینها بوفور یافت می‌شود. این عنصر در حیات گیاهی و جانوری دارای نقش حیاتی بوده و در استخوانها و دندانها و پوسته تخم مرغ ، انواع مرجانها و بسیاری از خاکها وجود دارد. همچنین کلرید کلسیم در حدی به گستردگی 15/0% در آب دریا وجود دارد. ذکر این نکته ضروری بنظر می رسد که آهک (اکسید کلسیم) ماده شناخته شده‌ای است که از قدیم الایام در مورد یونان باستان از آن بعنوان ملات در ساختمانها استفاده می شده است. کلسیم در ترکیب پوسته زمین به مقدار 36300 گرم در تن وجود دارد این عنصر به حالت آزاد یافت نمی‌شود، بلکه به شکل ترکیب های مختلف در کانی‌ها و به صورت محلول در ساختمان جانوران و گیاهان شرکت می کند. کانی‌های حائز اهمیت کلسیم عبارتند از: دولومیت ، گیبس و آپاتیت.

تهیه واستخراج

در صنعت ، فلز کلسیم را می‌توان از الکترولیز کلسیم کلرید و مخلوط فلوئورید و پتاسیم کلرید تهیه نمود. در این روش ، از صفحه های زغالی به عنوان آند و از میله های آهن به عنوان کاتد استفاده می‌شود. در مقیاسی کوچکتر می توان آهک را با فلز آلومینیوم در خلا احیا نموده و متعاقب آن ، عمل را بوسیله منظور بازیافت فلز کلسیم ادامه داد. بعلاوه کلسیم کلرید که عبارت از یک ماده اولیه است را می توان یا بوسیله اثر اسیدکلریدریک پر ماده معدنی کربناته و یا بعنوان ضایعات در فرآیند solvay تهیه کرد.

تجربه و شناسایی

از نظر کیفی ، وجود کلسیم را می توان یا بوسیله تشکیل کربنات نامحلول آن ، و یا بوسیله مشتعل نمودن آن شعله یک مشعل که ایجاد رنگ قرمز درخشان می‌نماید، تشخیص داد.از نظر کمی ، کلسیم را بعد از جداکردن از سایر فلزهای قلیایی خاکی ، به روش های کرومات- سولفات و یا اتر- الکل ، از آمونیوم ، اگزالات استفاده می کنند که کلسیم به شکل کلسیم اگزالات رسوب نموده و سپس این رسوب را توزین می‌نمایند. اگزالات مورد نظر را نیز یا می توان بوسیله اشتعال به اکسید و یا با استفاده از محلولهای استاندارد شده پرمنگنات پتاسیم اکسیده نمود.

!خواص شیمیایی
کلسیم عنصری است که نسبت به فلزات قلیایی و سایر فلزات قلیایی خاکی از قدرت فعالیت کمتری برخوردار است. مانند بریلیم و آلومینیوم ، و برخلاف فلزات قلیایی ، این عنصر بر حسب سوختگی در پوست نمی گردد. باید توجه داشت که در هوا لایه نازکی از اکسید و نیترید بر روی کلسیم تشکیل می شود که می تواند آن را از اثرات بعدی هوا مصون نگاه دارد، لکن در درجه حرارت بالا این عنصر در هوا سوخته و تشکیل مقدار زیادی نیترید می دهد. کلسیم تجارتی به آسانی با آب و اسیدها واکنش نموده تولید هیدروژنی می نماید که حاوی مقدار قابل ملاحظه ای از گاز آمونیاک وهیدروکربنها ، بعنوان ناخالصی می‌باشد. از حکیم ، می توان بعنوان یک عامل آلیاژ کننده برای فلزات حاوی آلومینیوم به منظور حذف بیسموت از سرب و بعنوان کنترل کننده کربن گرافیتی ، در چدن استفاده کرد. از طرف دیگر می توان از این فلز بعنوان عاملی برای حذف اکسیژن درکارخانجات فولاد و بعنوان عامل احیا کننده در تهیه فلزاتی مانند کروم ، زیرکونیم و اورانیم و بعنوان یک ماده جداکننده برای مخلوط گازهای نیتروژن و آرگون استفاده نمود. ضمنا زمانیکه کلسیم ، به آلیاژهای منیزیم افزوده شود (25/0%) ، ساختمان آنها را تصفیه وموجب کاهش تمایل آتش گیریهای آنها می شود.

ترکیبات کلسیم و کاربرد آنها

عموما می بایست که از ترکیبات سدیم نسبت به ترکیبات کلسیم ، بیشتر استفاده شود، لکن با مقایسه قیمت این دو ترکیب با یکدیگر ، در بسیاری از موارد از ترکیبات کلسیم استفاده می شود. در هر صورت باید توجه داشت که آهک قلیایی ارزان تری ، نسبت به هیدروکسیدسدیم محسوب می شود. از ترکیبات مهم کلسیم می توان به موارد زیر اشاره نمود:

هیدرید کلسیم: این ترکیب در اثر واکنش مستقیم با هیدروژن در C400˚ حاصل می گردد و با آن می توان بسیاری از اکسیدهای معدنی مانند رویتل و بدلیت را تا حد فلز مربوطه احیا کرد همچنین می توان با استفاده از این ترکیب ، کلریدکلسیم را به سدیم احیا و مونوکسید کربن را به فرم آلدهید تبدیل نمود هر بعنوان یک عامل متراکم کننده درتبدیل استون به اکسید مزیتلین و بعنوان کاتالیزور هیدروژناسیون در تبدیل اتیلن به اتان نفش دارد.اکسید و هیدروکسید کلسیم: اکسید کلسیم ( آهک) را می‌توان بوسیله تجزیه حرارتی کربنات معدنی این عنصر در کوره های بلند در فرآیندی مداوم تولید نمود. برای تهیه هیدروکسید کلسیم نیز می‌توان از هیدرولیز اکسید آن استفاده نمود. از هیدروکسید کلسیم ، بعنوان قلیا در مواردی که نیاز باشد استفاده می‌گردد.سیلید کلسیم: برای تهیه سیلید کلسیم می توان در یک کوره الکتریکی از اثر آهک برسیلیکا و یک زغال احیا کننده استفاده نمود. این ماده بعنوان عامل اکسیژن زدایی از فولاد ، بسیار مفید می‌باشد.کربید کلسیم: برای تهیه این ترکیب می توان مخلوطی از آهک و کربن را در یک کوره الکتریکی تحت درجه حرارت C˚3000 قرار داد. کریبد کلسیم در اثر هیدرولیز استیلن تبدیل می گردد که استیلن یک ماده آغاز برای تهیه تعداد کثیری از مواد شیمیایی مهم در صنعت مواد شیمیایی آلی است.کربنات کلسیم: در طبیعت ، کربنات کلسیم تحت عناوین مختلف و به وفور یافت می‌شود. سنگ آهک ایسلند و کلسیت اساسا کربنات خالص هستند، در حالیکه ماربل تا اندازه ای دارای ناخالصی می‌باشد. اگر چه کربنات کلسیم کاملا در آب نامحلول می باشد، لکن در آبهای حاوی دی اکسید کربن ، در حد قابل ملاحظه ای محلول است زیرا در اثر ترکیب با دی‌اکسید کربن به صورت بیکربنات درمی‌آید.هالیدهای کلسیم: از جمله هالیدهای کلسیم ، فلوئورید فسفر سانس ، یکی از ترکیبات گسترده کلسیم می باشد، که با توجه به میزان شفافیت آن ، نسبت به اشعه ماورای بنفش و مادون قرمز از کاربردهای با اهمیتی ، در اسپکتروسکوپی برخوردار است. از دیگر هالیدهای کلسیم ، کلرید کلسیم است که بعنوان عامل خشک کننده و همچنین بدلیل قابلیت انحلال فوق العاده آن در آب سرد ، در سیستمهای خنک کننده استفاده می‌شود. مضافا از کلرید کلسیم و هیپوکلریت کلسیم بعنوان عامل سفید کننده نیز استفاده می‌کنند.

کلسیم در بیوسفر (زیست کره)

کلسیم جزء ساختمانی و ثابت کلیه گیاهان بوده و بصورتهای جزء ساختمانی و یون فیزیولوژیکی توامان یافت می‌شود. مضافا یون کلسیم قادر است اثرات سمی یونهای پتاسیم ، سدیم و منیزیم را بلا اثر نماید. کلسیم بدلیل وجود در خاک قادر است بر قلیائیت آن اثر ومتعاقب آن در رویش گیاهان تاثیر داشته باشد. این عنصر در ساختمان بدن حیوانات (در بافتهای نرم) ، مایعات میان بافتی و اسکت بندی یافت می شود. استخوانهای مهره داران حاوی کلسیم ، بصورت فلوئورید کلسیم ، کربنات کلسیم و فسفات کلسیم می باشد همچنین کلسیم ذاتا در بسیاری از وظائف بیولوژیکی مهره داران ، سهیم است.

شناخت محیط رشد:کلسیم

درون گیاه، کلسیم بیشتر به صورت پکتات کلسیم، در دیواره یاخته ها، یافت می شود. و کارش متصل ساختن یاخته ها به هم است. این ماده ، به علت غیر قابل انتقال بودنش درون بافت ها، باید پیوسته دردسترس گیاه قرار گیرد، کمبود کلسیم باعث کمبود رشد و همچنین لوله شدن برگها و قهوه ای رنگ شدن ریشه ها می گردد. در گوجه فرنگی، کمبود کلسیم باعث گندیدگی ته میوه می شود. در سیب، وجود آن مایه سختی بافت های میوه شده، به عمر پس از برداشت آن می افزاید و کمبودش باعث آسیب پوستی می گردد. گرچه میزان کلسیم، اغلب در خاک ها به مراتب از پتاسیم کمتر است ولی بر عکس پتاسیم، قابلیت جذب آن برای گیاه خیلی زیادتر می باشد.
کمبود کلسیم را می توان با اضافه کردن آهک به خاک بر طرف ساخت ، البته باید در نظر داشت که آهک واکنش خاک را نیز بالا می برد. سوپر فسفات نیز حاوی مقدار زیادی کلسیم است. همچنین برای رفع کمبود کلسیم می توان گیاهان را با کلرور کلسیم و یا نیترات کلسیم محلول پاشی کرد.

...

30 ص فایل WORD