گروه: 
گروه مواد پيشرفته و نانو
مجری(های) طرح (داخل پژوهشکده): 
همکاران پژوهشکده: 
دکتر فرزاد شهری
ناظر طرح (داخل پژوهشکده): 
دکتر علی کفلو
تاریخ شروع: 
1398
تاریخ خاتمه: 
1402
وضعیت: 
جاری
محل تامین اعتبار: 
صندوق حمایت از پژوهشگران - راه ابریشم
طی دهه­های گذشته، تلاش زیادی برای ساخت مواد جدید با ویژگی­های بهتر و کارایی بیشتر نسبت به مواد مصرفی مرسوم انجام شده است. حاصل این تلاش­ها، منجر به طراحی و توسعه­ی آلیاژهای پیشرفته­تر با استحکام بیشتر و قابلیت تحمل دماهای بالاتر گردیده است. ساخت و طراحی این­گونه مواد نیازمند فرآیندی است که از حالت تعادلی فاصله داشته باشد. پایه و اساس فرآیندهای غیرتعادلی، انرژی بخشیدن و کوئنچ کردن مواد (برای حفظ آن انرژی) است به طوری که فرآیندهایی نظیر کوئنچ حالت جامد، انجماد سریع از مذاب، تابندگی[1]، لایه گذاری الکتریکی در آلیاژها، آلیاژسازی مکانیکی، جذب هیدروژن و چگالش از فاز بخار برای خروج از حالت تعادل به طور وسیعی مورد توجه قرار گرفته­اند. فلزات شیشه­­­ای یا آمورف از جمله مواد نوینی هستند که تحت فرآیندی غیر تعادلی ایجاد می­شوند. در سال 1960 در موسسه تحقیقاتی پاسادانا در کالیفرنیا انقلاب عظیمی در فلزات به وقوع پیوست. محققین با تولید کردن آلیاژی از طلا و سیلیسیم به روش انجماد سریع با نرخ سرد کردن از مرتبه میلیون درجه سانتیگراد بر ثانیه موفق به تولید آلیاژی شیشه­ای شدند. این نرخ بالای انجماد با استفاده از قطره­ای کوچک از مذاب و بهره­گیری از صفحه­ای با رسانایی گرمایی بالا مانند مس به دست آمد که حاصل آن تشکیل ورقه­ای نازک از آلیاژ شیشه­ای بود. با انجام آزمایش­های متعدد و دنباله­دار در طی سال­های گذشته، محققین توانستند نرخ سرمایش را به طور قابل ملاحظه­ای کاهش دهند و آلیاژهایی با ابعاد بزرگتر و کاربردی­تر تهیه نمایند ]1[.
در فلزات آمورف بر خلاف مواد بلوری، نظم بلند دامنه­ای وجود ندارد و ترتیب درونی منظمی از اتم­ها در آن­ها مشاهده نمی­شود. به طور کلی اگر فرآیند سرد شدن مذاب تحت تاثیر انجماد سریع صورت گیرد، مذاب تبدیل به جامدی خواهد شد که دارای ساختاری نزدیک به ساختار مایع است. در اثر این تحول، تغییراتی در خصوصیات ماده نظیر حجم مخصوص و گرانروی رخ می­دهد. به طور کلی، در دماهای بالاتر از نقطه ذوب، مذاب فلز به صورت پایدار است. در آلیاژهای بلوری، با کاهش دما و در محدوده دمای انجماد، مذاب از نظر ترمودینامیکی در شرایط تعادلی قرار گرفته و به صورت بلوری منجمد خواهد شد. پس از انجماد و با کاهش بیشتر دما، حجم متناسب با ضریب انبساط حرارتی کاهش بیشتری خواهد داشت. میزان تحت تبرید مورد نیاز برای شروع فرآیند انجماد به عوامل متعددی مانند حضور و میزان مواد جوانه زا بستگی دارد. اما شرایط برای تشکیل فاز آمورف در اثر سرمایش کاملا متفاوت است. تحت شرایط تبریدی شدید، تغییر حجم همانند حالت تشکیل فاز بلوری به صورت ناگهانی نبوده بلکه به صورت پیوسته صورت می­گیرد. همزمان با تغییرات حجم مخصوص، گرانروی نیز افزایش می­یابد. با کاهش دما، میزان گرانروی در دمای مشخص به اندازه­ای زیاد خواهد شد که در مایع (حالت خمیری) تحرک اتمی به حداقل برسد. دمایی که در آن گرانروی به مقدار 1012 پویز[2] برسد، دمای شیشه­ای شدن[3] (Tg) نام دارد. در دماهای کمتر از دمای شیشه­ای شدن به حدی تحرک اتمی ناچیز است که در حین سرمایش فرصت کافی برای اتم­ها به منظور ایجاد ساختار بلوری وجود ندارد. در نرخ­های سرمایش بالاتر، دمای شیشه­ای شدن بیشتر خواهد بود اما به طور عمومی، محدوده دمای مشخصی وجود دارد که امکان تشکیل فاز آمورف وجود خواهد داشت ]1[. اگرچه هیچ­گونه نظم بلند دامنه­ای در شیشه­فلزها وجود ندارد، اما نظم کوتاه دامنه و نظم میان دامنه در این دسته از مواد مشاهده شده است. چنین ساختاری عامل اصلی در متفاوت بودن خواص فیزیکی و مکانیکی آلیاژهای آمورف نسبت به همتایان بلوریشان است. ساختار اتمی متفاوت شیشه فلزها نسبت به آلیاژهای بلوری منجر به بروز ویژگی­های متالورژیکی منحصر به فردی در آنها شده است. این ویژگی­ها شامل مکانیزم­های متفاوت در ظهور خواص مکانیکی اعم از استحکام، سختی، حد تسلیم، تغییر شکل پلاستیک، خستگی و خزش و خواص فیزیکی همچون رسانایی حرارتی والکتریکی است ]2[.
یکی از نقاط ضعف شیشه فلزها، تغییر شکل پلاستیک کم و ناهمگن در آنهاست. محققین روش­های گوناگونی را برای بهبود این وضعیت ارائه داده­اند که یکی از این روش­ها بازجوانی[4] است. در این روش با تغییر در میزان انرژی درونی سیستم و ساختار اتمی ماده قابلیت تغییر شکل پلاستیک در شیشه فلزها را افزایش می­دهند. در این پژوهش تلاش خواهد شد تا با انتخاب روش­های مناسب بازجوانی، ساختار اتمی شیشه فلزها طوری اصلاح شود تا خواص مکانیکی ماده بهبود یابد. علاوه براین، مطالعه­ی سینتیک آرامشبخشی (پیری[5]) ماده از دیگر مواردی است که به آن پرداخته خواهد شد، زیرا قابلیت پایداری ساختار بازجوانی شده برای تولید
قطعه­ی مهندسی قابل اطمینان از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است.
 
نوع کارفرما: 
سایر(صندوق حمایت از پژوهشگران،فناوران و ...)
درصد مشارکت کارفرما: 
100%
 

©  تمامی حقوق متعلق به سازمان پژوهش‌های علمی و صنعتی ایران می باشد.