افزایش استحکام مخازن جدارنازک با ایجاد ساختار نانومتری

محققان دانشگاه صنعتی شریف موفق به ارایه‌ی روشی مبتنی بر تغییر شکل پلاستیکی شدید
(SPD) برای ساخت لوله‌ها و مخازن جدار نازک با ساختار نانومتری شدند.

مهندس محمدصادق محبی، دانشجوی دکتری دانشکده‌ی مهندسی و علم مواد دانشگاه صنعتی
شریف، در گفتگو با بخش خبری سایت ستاد ویژه‌ی توسعه‌ی فناوری نانو گفت: «قطعات با
مقطع گرد و توخالی مانند انواع لوله‌ها، سیلندرها و مخازن به عنوان یکی از دسته‌های
مهم از قطعات مهندسی، کاربرد بسیاری در صنایع گوناگون دارند. بنابراین ایجاد
ساختاری نانومتری و افزایش استحکام ناشی از آن در چنین قطعاتی می‌تواند جذابیت و
کاربرد مطلوبی داشته باشد».

مهندس محبی افزود: «ابتدا فرآیندی را به نام اتصال چرخشی (SB) بر مبنای فرآیند
فلوفرمینگ برای اتصال متداخل لوله‌ها و ایجاد لوله‌ای کامپوزیتی و چندلایه ارایه
کردیم. به این ترتیب که دو لوله یا مخزن، پس از عملیات سطحی مناسب روی یکدیگر سوار
شده و با فرآیند فلوفرمینگ کاهش ضخامت دادند. این کاهش ضخامت، موجب ایجاد اتصال بین
دو لایه شده، منجر به تولید یک لوله یا مخزن دولایه شد. سپس ایده‌ی اعمال تغییر شکل
پلاستیکی شدید از طریق اعمال چندین سیکل از فرآیند SB به لوله‌ها مطرح و اجرا شد.
در این فرآیند که به‌عنوان اتصال چرخشی انباشتی ASB نامگذاری شد، علاوه بر آنکه
تعداد لایه‌های لوله در هر سیکل دو برابر شد، کرنش پلاستیکی شدیدی به ماده اعمال
گردید».

پژوهشگر طرح در رابطه با نتایج پژوهش، چنین اظهار کرد: «این طرح در مرحله‌ی اول روی
لوله‌های آلومینیومی AA1050 با خلوص تجاری، تا چهار دوره اجرا شد و در نهایت لوله‌ای
با ۱۶ لایه تولید گردید. بر اساس بررسی‌های TEM و EBSD، اعمال تغییر شکل پلاستیکی
شدید طی این چهار دوره، منجر به تغییر اندازه دانه‌ی اولیه‌ی ۳۰ میکرومتر به ۴۱۹ و
۱۸۶ نانومتر شد. همچنین الگوی SAD و نتایج EBSD نشان دادند که با افزایش تعداد دوره‌های
فرآیند، کسر مرزهای اصلی دانه به صورت پیوسته زیاد می‌شود، در نتیجه ریزدانگی حاصل
از فرآیند ASB، استحکام و سختی نمونه‌های آلومینیومی افزایش می‌یابد. گفتنی است که
تنش تسلیم و استحکام کششی آنها به ترتیب از ۳۶ و ۱۱۲ مگاپاسکال در حالت اولیه به
۱۹۵ و ۲۳۵ مگاپاسکال رسیدند». مهندس صادقی در پایان خاطرنشان کرد: «وجود کرنش‌های
برشی و اضافی شدید در این فرآیند، ایجاد ساختار نانومتری را با سرعتی بالاتر از
دیگر روش‌های SPD امکان‌پذیر می‌سازد. همچنین با توجه به اینکه محدودیتی در نسبت
قطر به ضخامت لوله یا مخزن وجود ندارد، این طرح قابل اجرا روی لوله‌ها و مخازن جدار
نازک است».

جزئیات این پژوهش –که بخشی از نتایج پایان‌نامه‌ی کارشناسی ارشد مهندس محبی است و
با راهنمایی دکتر عباس اکبرزاده، عضو هیئت علمی و دانشیار دانشکده‌ی مهندسی و علم
مواد دانشگاه صنعتی شریف انجام شده‌است- در مجله‌ی Materials Science and
Engineering A (جلد ۵۲۸، صفحات ۱۸۸-۱۸۰، سال ۲۰۱۰) منشر شده‌است.