بررسي مشخصات وخواص لحيم نا همجنس آلياژ حافظه دار TINI و فولاد ضد زنگ

تاريخچه
آلياژ حافظه دار TINI ماده اي است كاربردي با استفاده وسيع در بسياري از منابع از جمله صنايع هوا فضا . انرژي هسته اي صنايع دريايي علوم پزشكي مي باشد.اين آلياژ داراي خاصيت ويژه حافظه دار SME الاستيك بسيار بالا . مقاومت به سايش و فرسايش بسيار خوب و پايداري بالا در محيط بيو شيميايي مي باشد.( ۱)

.امروزه در صنايع پزشكي از آلياژ TINI و همچنين فولاد ضد زنگ براي ساخت سيستمهاي ارتودنسي دندان استفاده مي شود . خاصيت هوشمندي و همچنين الاستيكي بالاي آلياژ TINI به دندان ها اين امكان را مي دهد كه در يك دوره درماني بلند مدت و تحت نيروي كم ولي مداوم سيمها مكان خود را تصحيح كنند با اين روش مي توان تغيير فرم زيادي در دندان ها بدون اعمال نيروي زياد اعمال نمود.(۳)
با اين وجود استحكام نسبتا پائين اين آلياژ باعث شل شدن تدريجي سيم در حين حركت دندان ها در جهت مخالف مي گردد. در مقابل استفاده از فولاد ضد زنگ بعلت استحكام بالا عيب مذكور را بر طرف مي كند. ولي فلاد نيز بعلت داشتن الاستيكيه كم باعث اعمال نيروي زياد به دندانها شده و از حركت تدريجي آنها در حين دوره درماني جلوگيري مي كند.
با اين تفاسير توليد يك اتصال ناهمجنس از آلياژ TINIو فولاد ضد زنگ مزاياي است

.
مقدمه
مقاله حاضر حاصل مطالعه سه مقاله تحقيقي مي باشد كه در آنها اهداف زير مورد نظر بوده است:
۱)بررسي ارتباط بين ريز ساختار و خواص اتصال ناهمجنس و دستيابي به راهكارهاي مناسب بمنظور به بهبود خواص اتصال(۱)
۲)بررسي تاثير پارامترهاي لحيم ليزر بر خواص اتصال (۲)
۳)مطالعه خواص خوردگي اتصال(۳)
محققين فوق ابتدا با استفاده از جوشكاري ميكروپلاسما اتصال فوق را توليد كردند كه مشكلات اين اتصال عبارت بودند از استحكام كه جوش (۱۵۹-۱۲۷ پاسگال) بعلت تشكيل ساختار سرد و همچنين وسيع بودن منطقه متاثر از حرارت (HAZ) (2)
لذا در كار پژوهشي اخير به توليد اتصال آلياژ TINI و فولاد ضد زنگ با اسفتاده از پروسه لحيم سخت ليزر و سيم لحيمي از جنس آلياژ نقره پرداختند كه به بررسي اجمالي نحه كار و نتايج اين تحقيق خواهيم پرداخت.
آلياژ TINI با استحكام كششي ۱۳۱۹-۱۱۰۸ مگا پاسكال و كرنش ۱۸-۱۶ در صد استفاده شد. فيلد متان مورد استفاده داراي تركيب شيميائي ۶۸-۵۰ درصد جرمي نقره ۳۰-۱۰ درصد مس .
۲۰-۱۲ درصد روي و ۱۰-۰ درصد قلع مي باشد. در بخش هاي دوم وسوم تحقيق از فيلد سما با تركيب ۵۲ درصد نقره .۲۲%مس.۱۸%روي .۸% وزني قلع استفاده شده كه دماي ساليد و مس آن ۵۹۰ و دماي ليكوئيد و مس آن ۳/۶۳۵ بوده است.
بررسي ارتباط بين ريز ساختار و خواص اتصال:(۱)
فرآيند لحيم با استفاده از يك دستگاه ليزر(JY-100 ) انجام شد. خواص مكانيكي اتصال در دماي اتاق و با استفاده از دستگاه يونيور سال (CSS-44100) و ريز ساختار اتصال با اس

تفاده از ميكروسكوپ نوري ،آناليزور تصوير (VIDAS) ميكروسكوپ SEM و دستگاه X-RAY بررسي گرديد.
استحكام كششي و سختي اتصال:(۱)
شكل (۱) نحوه انجام تست مكانيكي بر روي اتصال را نشان مي دهد. در شكل (۲) پارامترهاي لحيم نشان داده شده اند و در شكل (۳) نمودار تنش كرنش مربوط به اتصال تحت پارامترهاي ناديده در شكل (۲) رسم شده است.
نتايج نشان داد كه بهترين استحكام كششي سوپر الاستيكي در شرايط ناحيه ۱۰ بدست مي آيد.
استحكام كششي اتصال ۳۶۰-۳۲۰ مگا پاسكال بدست آمد وكرنش الاستيك تا حد ۱۰-۸ در صد قابل افزايش بود. در حرارت ورودي كمتر (ناحيه۹) استحكام ۲۱۰-۱۹۰ مگا پاسكال بدست آمد.منظقه شكست ،فصل مشترك بين آلياژ TINI و فيلد متال بود كه بدليل پايين بودن حرارت ورودي زمان كوتاه لحيم و در نتيجه پيوند ضعيف بين اين دو قسمت است. در منطقه(C) كه حرارت رودي لحيم بالا است. شكست اتصال از منطقه HAZ آلياژ TINI است كه نشان دهنده تغيير شديد خواص آلياژ در اين ناحيه مي باشد. (شكل۴) . همچنين استحكام كششي تا ۳۲۰ – ۳۰۰ مگا پاسكال كاهش يافته و سختي نيز كمتر شد.(شكل۵).
سوپرالاستيسيته آلياژ TINI(1)
شكل ۶ نمودار تنش – كرنش را براي بار گذاري در سه حالت و سپس برداشتن بار ،نشان مي دهد.همانطور كه مشاهده مي شود،كرنش ايجاد شده در اثر بارگذاري با بر داشتن بار تا حد زيادي قابل بازگشت است و لذا اتلاف سوپر الاستيسته آلياژ تقريبا پايين مي باشد.

تحت خشن بصورتي كه در شكل (۷) نشان داده شده انجام گرديد. خش درست آلياژ TINI تا زاويه ۹۰ درجه و بعد تا زمان ۳۰ ثانيه انجام شد. با افزايش زايه (B) و افزايش حرارت ورودي لحيم ميزان اتلاف خاصيت سوپر الاستيسته آلياژ TINIافزايش يافت.در شرايطي كه پارامترهاي لحيم در ناحيه a شكل (۲) قرار دارد.اتلاف سوپر الاستيسته آلياژ در منطقه HAZ كم است. در ناحيه b اين اتلاف كمي بيشتر شده و در ناحيه C افزايش اتلاف قابل ملاحظه است. لذا با كنترل مناسب ميزان حرارت ورودي مي توان خاصيت سوپر الاستيسته و حافظه داري آلياژ TINI را در حد مطلوب نگه داشت.
ريز ساختار اتصال غير همجنس:(۱)

همانطور كه در شكل هاي ريز ساختاري منطقه لحيم مشاهده مي شود (شكل ۸) فيلد نقره اي قابليت تر كنندگي خوبي بر روي هر دو فلز پايه داشته است ولي لايه ديفيوژني در فولاد ضد زنگ عميق تر است كه اين دليلي براي شكست لحيم از فصل مشترك فيلد و آلياژ TINI مي باشد.
با افزايش حرارت ورودي منطقهhaz آلياژ TINI دانه درشت تر شد كه اين مي تواند دليل كاهش شديد سوپر الاستيسيته آلياژ در منطقه haz و همچنين كاهش استحكام آن باشد.
آزمايش اشعه X نشاندهنده استحاله بخشي از ساختار B19 به B2 در ناحيهHAZ آلياژ TINI و بدليل حرارت بيش از حد مي باشد.
بررسي تاثير پارامترهاي لحيم سخت ليزر بر خاص اتصال:(۲)
لحيم كاري با استفاده از ليزر ND:YAG انجام شد . بمنظور كاهش ناحيه HAZ در سمت آلياژ TINI اشعه ليزر در جهت لبه فولاد ضد زنگ متمركز گرديد.(شكل ۹) ريز ساختار با استفاده از EDS,XRD,SEM انجام گرفت. خاصيت سوپر الاستيسيته آلياژ TINI در دماي اتاق و با دستگاه كششي يونيورسال بررسي گرديد.(شكل۱۰)
آزمايش خش تا زاويه ۹۰ درجه بمدت ۳۰ ثانيه انجام شد. پس از برداشتن بار زاويه به B1 رسيده و سپس در آب جوش ۱۰۰ زايه به B2 رسيد(شكل ۱۱) . نرخ بازگشت فرم منطقه HAZ آلياژ TINI (B) با فرمول زير تعيين شد.
آزمايش ميكرو سختي با نيروي ۹۶/۱ نيوتن و زمان ۳۰ ثانيه انجام شد تا اصلاحات ناشي از فرآيند ليزر بررسي شود.
ريز ساختاراتصال:(۲)
شكل (۱۲) ريز ساختار فيلد نقره اي را نشان مي دهد نتايج EDS,XRD (شكل ۱۳ و جدول۱)
نشان مي دهد كه ريز ساختار فيلد داراي محلول جامل X-AG با رنگ سفيد محلول جامد X-CU با رنگ سياه كه توسطX-AG ,AG3SN,AGZN,X-CU, CU41SN11,CU5ZN8 مي باشد. شكل ۱۴ تركنندگي مناسب فيلد بر روي هر دو فلز پايه را نشان مي دهد . فصل مشترك هاي اتصال در دو سمت خلاف فاقد حفره است.

شكل ۱۵ تركيب شيميايي را در قسمت درز اتصال نشان مي دهد. دانه بندي در اين قسمت ريز تر از قسمت فيلر متال اشت. فرآيند تبلور مجدد فيلر متال در شرايط غير تعادلي صورت گرفته و انازه دانه درز جوش با سرعت سرد شدن فيلر متال متناسب بوده است . با كاهش سرعت سرد شدن ميزان تحت تجديد كمتر شده و اندازه دانه درشت تر مي شود. با افزايش حرارت ليزر و زمان فرآيند سرعت سرد شدن فيلر كاهش مي يابد . كه باعث درشت دانه شدن فاز X-CU در قسم

ت درز جوش مي شود.در شكل ۱۶ ريز ساختارهاي بدست آمده فلز پايه TINI و ناحيه HAZ نشان داده شده است . آناليزX-RAY در شكل ۱۷ نشان مي دهد كه ناحيه HAZ آلياژ TINI حاوي فازهاي مخلوط B16,B2 در دماي اتاق است.
با افزايش حرارت توليد ليزر و افزايش زمان لحيم ريز ساختار ناحيهHAZ بسمت دانه درشتي مي رود.
ناحيهHAZ در فولاد ضد زنگ تنها حاوي فاز آشيت است كه با افزايش حرارت و زمان درشت دانه مي گردد.

 

خواص اتصال لحيم۲)
شكل ۱۸ پروفايل ميكرو سختي را در فواصل مختلف از مركز لحيم و رد شرايط مختلف پارامتري نشان مي دهد. سختي در درز جوش پايين ترين ميزان را دارد و با افزايش فاصله بسمت هر يك از فلزات پايه ميزان سختي افزايش يافته است . افزايش حرارت ورودي و زمان لحيم كاري باعث كاهش سختي شده است . همچنين بطور واضح تغيير ات پارامتري تاثير شديد تري بر روي سختي ناحيهHAZ آلياژ TINI به نسبت ناحيهHAZ فولاد ضد زنگ دارد. دليل اين امر هدايت حرارتي بسيار كمتر آلياژ TINI به نسبت فولاد مي تواند باشد.
شكل ۱۹ دياگرام هاي تنش كرنشي را براي ناحيهHAZ و فلز پايه TINI در شرايط مختلف لحيم كاري نشان مي دهد. همانطور كه مشاهده مي شودو در ناحيه HAZ و در حالت لحيم كاري با حرارت ۷۰ وات و ۲۰ ثانيه نمودار بار گذاري تقريبا مشابه نمودار فلز پايه است ولي نمودار در حالت برداشتن بار تفاوت زيادي با فلز پايه دارد و ميزان كرنش پسماند به ۲۲/۲ درصد رسيده است. دركل نتايج نشان مي دهد كه با افزايش حرارت ورودي و افزايش زمان لحيم كاري سوپر الاستيسيته TINI در ناحيهHAZ كاهش مي يابد و اين كاهش در حرارت هاي بيش از ۶۰ وات و زمان بيش از ۱۵ ثانيه تشديد مي شود.
كاهش سوپرالاستيسته در ناحيهHAZ آلياژ TINI را مي توان به ساختار هاي دانه درشت نسبت داد. لذا در كل كاهش حرارت ورودي و زمان لحيم كاري نتايج مطلوب تري را به دنبال خاهد داشت.
در جدول ۲ نتايج مربوط به آزمايش خش در فلز پايه و منطقهHAZ آلياژ TINI در شرايط مختلف

جوشكاري آمده است نرخ بازگشت فرم (B) براي فلز پايه در دماي ۱۰۰ در حدود ۶/۹۹ درصد است در حالي كه اين كميت در ناحيهHAZ با افزايش حرارت ورودي و زمان فرآيند بطور پيوسته كاهش يافته است. اين بدان معناست كه در كل افزايش حرارت ورودي و زمان لحيم كاري باعث تضعيف خاصيت هشمندي آلياژ TINI مي گردد. همچنين در حين گرم و سرد شدن سريع استحاله B2-B19 كه همراه با درشت شدن دانه هاست در منطقه HAZ اتفاق مي افتد كه تضعيف خاصيت حافظه داري آلياژ TINI را به اين مساله نيز مي توان نسبت داد.
بررسي خواص خوردگي اتصال در بزاق دهان ساختگي (۳)

بمنظور بررسي خواص خوردگي اتصال آزمونهاي غوطه وري و پتانيدو ديناميك در محلولهاي مصنوعي بزاق دهان انجام گرفت . نتايج بدست آمده با نتايج مربوط به آزمايش نمونه هاي جوش داده نشده مقايسه گرديد تا تفاوت درستي در رابطه با ميزان كارايي لحيم ليزر در توليد يك اتصال مناسب انجام شود.
پيش از انجام لحيم سطح دو فلز با سمباده SIC شماره ۶۰۰ پرداخت شده و سپس در حمام استن تحت اولتراسونيك تميز كاري نهايي آنها انجام گرفت. در اين تحقيق اتصالي مورد آزمايش قرار گرفت كه با ليزر ۶۰ واتي و در زمان ۱۵ ثانيه لحيم كاري آن انجام شده بود.
لحيم حاصل بمدت ۳۰ روز در محلول ساختگي بزاق دهان با دماي ۳۷ بصوردت غوطه ور نگه داري شد. د محلول با PH هاي ۰/۶و ۰/۶ براي اين كار در نظر گرفته شدند. پس از اتمام دره ۳۰ روزه قطعه ها از محلول خارج شده و پس از تميز شدن وزن آنها اندازه گيري و ميزان خوردگي تعييت گرديد. ريز ساختار حاصل پس از خوردگي نيز با استفاده از ميكروسكوپ نوري SEM طيف سنجي EDS بررسي شد.