ساخت فلز نانومتخلخل آرایش‌یافته با سطح ویژه بالا و مقاومت به خوردگی عالی از طریق انجام فرایند آلیاژزدایی فلز مایع بر روی سوپرآلیاژ تجاری نیکل
Low cost high specific surface architectured nanoporous metal with corrosion resistance produced by liquid metal dealloying from commercial nickel superalloy (2019)
فولادهای ضدزنگ در حالت حجیم به صورت گسترده به عنوان مواد ساختاری و عملیاتی به کار می‌روند. فولادهای ضدزنگ متخلخل با سطح ویژه بالا و خواص عالی مقاومت به خوردگی نیز در محیط‌های کاتالیستی بسیار مناسب هستند. اخیرا، فولاد ضدزنگ متخلخل از طریق انجام فرایند آلیاژزدایی فلز مایع (Liquid Metal Dealloying) بر روی پیش مادۀ متشکل از آهن، کروم و نیکل ساخته شده است. در مقیاس صنعتی این فرایند به پیش ماده‌های فراوان و ارزان نیاز خواهد داشت. استفاده از یک آلیاژ تجاری به عنوان پیش ماده راه حل مناسبی برای کاهش قیمت محصول نهایی خواهد بود. محققین توانسته‌اند در سال‌های اخیر آلیاژهای تجاری TA6V، 316L، CoCrMo را آلیاژزدایی کنند تا یک لایه متخلخل بر روی سطح ایجاد کنند. برای این که یک پیش ماده حجیم به صورت کامل آلیاژزدایی شود، غلظت عنصر فداشونده (عنصری که از آلیاژ اولیه خارج می‌شود) در پیش ماده باید بیش از آستانۀ آلیاژزدایی باشد، در غیر این صورت، تنها سطخ متخلخل خواهد شد. در یک روش دیگر، پیش از آن که فرایند آلیاژزدایی بر روی پیش ماده انجام شود، غلظت آن را در پیش مادۀ تجاری افزایش می‌دهند.
در ادامۀ تلاش‌ها برای ساخت مواد فلزی متخلخل با هزینه پایین و ایجاد یک ساختار حجیم کاملا متخلخل، در روش دیگری که اخیر در مجله Scripta Materialia گزارش شده است، به جای انتخاب یک آلیاژ فولاد تجاری با مقدار کمی نیکل، یک سوپرآلیاژ پایه نیکل به عنوان پیش ماده انتخاب شده است. این پیش ماده یک محلول جامد fcc تک فازی است که غلظت نیکل در آن بین 41 تا 48% بوده، آهن بیش از 25% است، کروم بین 23 تا 28 درصد است و سایر عناصر به این ترتیب هستند: مولیبدن: 1.2 تا 2.6%، مس: 1.5 تا 3% و مقدار کمی نیز تیتانیم، کربن، منگنز، گوگرد، سیلیکون و آلومینیوم در آن وجود دارد. این ماده مقاومت بسیار خوبی نسبت به بسیاری از محیط‌های خورنده دارد. با توجه به آنتالپی ترکیب شدن اجزای این آلیاژ، انتظار می‌رود که نیکل، مس، و سیلیکون در منیزیم حل شوند و آهن، کروم، مولیبدن، و تیتانیم بدون تغییر باقی بمانند. چون مقدار نیکل بیشتر از آستانۀ آلیاژزدایی است، واکنش آلیاژزدایی فلز مایع در سراسر حجم پیش ماده رخ خواهد داد که منجر به تشکیل یک آلیاژ متخلخل پایه Fe-Cr خواهد شد که مقاومت به خوردگی آن عالی است. در این پژوهش، محققین توانسته‌اند یک ساختار FeCr کاملا متخلخل را بسازند و حفرات آن را در حد کم تر از میکرومتر کنترل کرده و حفرات منظمی ایجاد کنند که منجر به تولید ساختار آرایش‌یافته (Architectured Materials) شود. به این منظور سوپرآلیاژ تجاری پایه نیکل Incoloy 825 به مدت 1 ساعت در سه دمای متفاوت آلیاژزدایی شده است و از این طریق فلز متخلخل پایه FeCr کاملا متخلخل ساخته شده است که 3 میکروساختار متفاوت متخلخل را ایجاد کرده‌اند. ضخامت اولیه این آلیاژ از طریق نورد سرد به 1 میلیمتر رسیده است و سپس در حمام منیزیم مایع حل شدند. محصول نهایی دارای سطح ویژه 4000 متر مربع در کیلوگرم است و دارای کاملا منظمی است. این مقاله، راه را برای ساخت میکروساختارهای نظم یافته و ساختارهای کاملا پیچیده با قیمت پایین، فراهم می کند.
گروه علمی و پژوهشی مهندسی و علم مواد (MatRes-مترس)
