یکی ازمھمترین چالشھای تکنولوژی درعلم مواد، ایجادخواص ناسازگار(ناھمگون)دریک سازه
است[١]. بعضاً درفرایند ساخت اجزای یکپارچھ ترکیبی ازخواص ناسازگاردریک سازه یکسان
ودرکناریکدیگرمورد نیازاست. مثلاًمی توان دراین مورد بھ وجود سختی بالا دریک طرف سازه
ونرمی ساختاردرطرف دیگراشاره نمود[٢]. ھمچنین درپوششھای عایق حرارتی، اگرچھ یک
لایھ سرامیکی ویک لایھ فلزی مستقیماً بھ ھم وصل می شوند اما بھ علت نا ھمخوانی ترمومکا
نیکی در فصل مشترک این دو، تنشھای باقیمانده بوجود می آیند[٣]. یک راھکارجھت رفع این
١ مشکلات بھره گیری ازموادتابعی
است. موادتابعی، موادی ھستندکھ درآنھاترکیب یاریزساختاربھ
طور پیوستھ دریک تاسھ بعد تغییرمی کنند[٣و٢]. درمواد تابعی با تغییرترکیب و ریزساختاردر
ابعاد مختلف، خواص ودرنتیجھ عملکرد(قطعھ)نیزازیک نقطھ تا نقطھ دیگربھ طورشیب دارتغییر
می کند. دروا قع شیب تابعی می تواند مناسب با شرایط سرویس قطعھ باشد لذا می توان اطمینان
خاطری درمورد عملکرد سیستم ھائی کھ تحت بارترمومکانیکی ھستندبدست آورد. بعبارت دیگر
بھ علت تغییر ترکیب وریزساختار(بطورشیب دار) ممکن ا ست ازفصل مشترک ھای تند کھ خود
باعث تمرکزتنش موضعی می شوند جلو گیری کرد. علاوه براین اگرشیب بطورمناسب طراحی
شود، عملکرد موادتابعی درمقایسھ با موادکامپوز یتی معمولی میتواند بھبود پیداکند. برای مثال
درمواد تابعی آلومینا- شیشھ، بھینھ سازی تغییرات ترکیب ممکن است بھ طورقابل ملاحظھ ای
مقاومت سطح بھ ترک رادرمقایسھ با کامپوزیتھای معمولی افزایش دھد. ھمچنین آسیبھای ناشی از
تماس لغزشی بھ طورقابل توجھی کاھش می یابند[٣].

ھدف (١ -١
 بھ منظوراستفاده از مواد تابعی درکاربردھای مختلف، نیاز بھ روش ھای س اخت مناس ب م ی باش د
کھ امکان تولید شیب درترکیب و ریزساختار را بطوردقیق بوجود آورد. تکنیکھای تولید معم ولاً
بھ دو گروه اصلی تقسیم بندی می شوند:
١ الف)فرایندھایی برپایھ جابجایی طبیعی

ب ) فرایندھای ساختاری
٢
روشھای گروه اول بیشترمبتنی برپدیده ھایی خودبھ خودی نظیر نفوذ اتمی، ا نتقال حرارت وغی ره
ھستنددرحالیکھ در گروه دوم بوسیلھ ترسیب لایھ بھ لایھ شیب موردنظرایجاد می شود[٣].
درموردتوسعھ روشھای ساخت وبھین ھ س ازی موادت ابعی، پی شرفتھای قاب ل ت وجھی ص ورت گرفت ھ
است. این تکنیکھا بھ گروھھای زیرطبقھ بندی می شوند:
 ١-روشھای فازمایع

 ٢-روشھای فازجامد
 ٣-روشھای فازبخار
٣ ازدی دگاه دیگ ری، فرآین دھای تولی دموادتابعی ب ھ مراح ل ایجادس اختارغیرھموژن
ومن سجم س ازی
٤ ساختاربھ صورت ماده توده ای
تقسیم بندی می شوند.
فرایندھای شیب دارکردن نیزمی توا نند بھ فرایندھای تشکیل دھنده، ھموژنی وجدایشی طبقھ بندی
شوند. فرایندھای تشکیل دھنده برپایھ یک ساختارشیب دارشده وبطورمرحلھ ای ازمواد پیش رو
یا پودرھاساختھ می شوند. درفرایندھای ھموژنی، یک فصل مشترک تندبین دوماده، بوسیلھ
جابجایی ماده تبدیل بھ یک فصل مشترک شیب دار می شود. فرایندھای جدایشی ھمراه بایک ماده
ھموژن کھ بطورماکروسکوپی تبدیل بھ یک ماده شیب دارشده آغاز می شوند. فرایندھای
ھموژنی وجدایشی شیب پیوستھ ای رابوجودمی آورندامامحدودیت ھایی نیزدرارتباط بانوع شیب
دارند. معمولاًدرادامھ فرایند شیب دارکردن، مراحل خشک کردن، سینترینگ یا انجماد صورت
می پذیرد[١٠]. اگر چھ بیشتر این روشھا ممکنست برای کاربردھای خاص بخوبی مطالعھ شده
باشند اما با این حال محدودیتھایی ازقبیل پیچیدگی درفرایند، سرعت تھ نشینی پایین وقیمت بالای
فرایند وجوددارد[١١].

٢-١) پیشینھ تحقیق
موادتابعی برای اولین باردرسال١٩٨٠میلادی بعنوان یک کلاس مشخص ازموادمعرفی شدندکھ
بھ جھت کارایی بالادرپوششھای عایق حرارتی درفضاپیماھا بھ کارگرفتھ شدند[٣]. برنامھ ای
تحقیقاتی بھ مدت پنج سال با عنوان« مطالعھ بنیادی برروی افت تنش حرارتی دردمای
بالابااستفاده ازمواد باساختارھای شیب دار شده» درسال١٩٨٧بابودجھ ای معادل١/٢١٥میلیون ین

درژاپن آغازشد. ھدف ازاین تحقیق، توسعھ مواد تابعی جھت استفاده دراجزا ئی کھ دردماھای
بالاکاربردداشتند، بود. بھ علت اھمیت بالای مواد تابعی، پروژه پنج سالھ دیگری در ژاپن در سال
١٩٩٣ پیرامون موادتابعی وکاربردشان درمبدلھا آغازشد. اگرچھ تحقیقات سیستماتیکی برروی

بررسی ها نشان دادند كه با افزودن عناصر آلیاژی از قبیل كربن، بور و آلومینیم به پوشش TiN و
ایجاد پوششهای چندتایی اكثر خواص آنها مانند سختی، مقاومت به سایش، پایداری حرارتی در دمای
بالا و مقاومت به اكسیداسیون بهبود می یابد. همچنین بوسیله انجام عملیات نیتروژن دهی پلاسمایی
بر روی سطح قبل از پوشش دهی، چسبندگی پوشش با زمینه را به طور چشمگیری می توان افزایش
داد. همچنین در روش PACVD با افزایش ولتاژ دستگاه و فشار كل محفظه و همچنین دبی گاز
پیش ماده، نرخ رشد لایه افزایش می یابد.

مقدمه
نیتریدهای فلزی به خاطر سختی بالا و پایداری شیمیایی، مواد مناسبی برای پوشش های نازك
صنعتی هستند. این پوشش ها اغلب دارای نقطه ذوب و سختی بالا، هدایت حرارتی و الكتریكی و
مقاومت به خوردگی خوب می باشند. این خواص، كاربردهای وسیع آنها را ممكن ساخته كه برای مثال
می توان موانع نفوذی در میكروالكترونیك، پوشش های مقاومت به سایش در ابزارهای برشی، مقاومت
به خوردگی و فرسایش لایه های روی ابزارهای مكانیكی و اپتیكی را نام برد. پوشش های نیتریدی
و رسوب شیمیایی بخار (1 (CVD فلزی می توانند به وسیله روش های رسوب فیزیكی بخار (PVD)
رسوب داده شوند. در روش PVD معمولا سرعت رسوب گذاری و یكنواختی آن كمتر است، در ضمن
پوشش های ایجاد شده در روش PVD به بعضی پوشش های حائل نیاز دارند كه باعث پیچیده شدن
فرایند پوشش دهی و افزایش هزینه می شود. روش CVD معمولی نیاز به درجه حرارت بالا به منظور
فعال كردن فاز گازی و انجام واكنش های سطحی برای ایجاد لایه فیلم جامد در روی سطح دارد كه
ممكن است باعث خسارت و یا تخریب مواد حساس به درجه حرارت شود.
كاربردهای صنعتی پوششهای سخت و مقاوم به سایش حدود 30 سال پیش با روش CVD شروع شد.

درجه حرارت این فرایند كه بین 800-1000 درجه سانتیگراد بود این روش را به استفاده از مواد
پایدار در برابر حرارت مانند كاربیدهای سمانته محدود می كرد. گاهی اوقات فولادهای ابزار نیز كه
تلورانس ابعادی نسبتا پایین داشتند بطوریكه احتمال تغییرات ابعادی در آنها بعد از پوشش دهی و
عملیات حرارتی پس از آن كم بود، با این روش پوشش داده می شد. توسعه و پیشرفت روش های
PVD در دهه 80 موجب ترقی و پیشرفت پوشش دهی فولادهای ابزاری گرم كار و تندبر شد زیرا

درجه حرارت این روش معمولا از 500 درجه سانتیگراد تجاوز نمی كند و كمتر از دمای تمپر این
فولادها می باشد. با این حال نیاز به فشار كم در روش های 0/1-1Pa) PVD) و همچنین خطی بودن
پوشش دهی آنها و نیاز به چرخش نمونه جهت ایجاد پوشش همگن و یكنواخت، باعث بروز مشكلاتی
در پوشش دهی قطعات صنعتی از قبیل قالبهای دایكاست، قالبهای تزریق پلاستیک و همچنین

اختار میكروسكپی قطعات ریختگی در یک دمای ثابت ریخته گری ندارد ، اما با افزایش درجـه حـرارت
ریخته گری ، علاوه براین كه فواصل بین دندریتی افزایش می یابد ، میزان مك و حفره های گازی موجود
در قطعات ریختگی نیز افزوده می شود . علاوه بر این آزمایش های متعـدد روی ماسـه تـر و در شـرایط
مساوی و شبیه سازی كامپیوتری مدل حركت سیال انجام شده است.

مقدمه
 استفاده از مدلهای فومی از بین رونده
 برای ساخت قطعات ریخته گری برای اولـین بـار توسـط شـ رویر
در سال 1958 ابداع گردید. مدلها در ابتدا با برشكاری بلوكهـای پلـی اسـتیرن منبسـط
شـــونده تهیـــه شـــده و قالـــب گیـــری بـــا ماســـه چســـب دار انجـــام مـــیشـــد . ایـــن اختـــراع
توسط كمپانی گرونزوی و هارتمان( Grunzweiy & Hartmann ) خریداری و پس از توسـعه
برای تولید صنعتی مورد استفاده قرار گرفت. پس از آن ایده استفاده از ماسه بدون چسـب توسـط .T
R. Smith در سال 1964 مطرح گردید[1] .
در ساده ترین صورت این فرایند، مدلهای فومی پس از تهیه با یک دیرگداز پوشش داده می شـوند . سـپس
مدل در داخل یک درجه قرار داده شده و درجه از ماسه بدون چسب پ ر شده و با ایجاد لرزش ، ماسـه در
اطراف مدل متراكم می شود. پس از آن فلز مـذاب بـداخل قالـب ریختـه شـده و جـایگزین مـدل فـومی
 میگردد. این روش ریخته گری و فرایندهای نزدیک آن بـا نـام هـای مختلفـی شـناخته مـی شـوند نظیـر
 ریختهگری با مدل انبساطی
 ، ریخته گری با مدلهای تبخیرش ونده
، فرایند فوم حـذف شـونده

، فرآینـد
 قالب پر
 ، فرایند كستیرال
 و فرایند پلی كست ، فرایند رپلیكست
 برای رفع ابهام بدلیل وجـود نامهـای
 مختلف فرایند، انجمن ریخته گری آمریكا
 نام ریخته گری با مدل انبسـاطی (EPC) را بعنـوان نـام ایـن
فرایند برگزید[2] .

مام نمك مذاب به مدت 2 ساعت آستنیته شد و سپس در مدت كمتر از 4 ثانیه از كوره آستنیته به حمام نمك با
دمای 350 درجه سانتی گراد جهت تمپر كردن منتقل گردید و به مدت 3 ساعت در آنجا نگهداری شد. برای
بررسی تاثیر ضخامت بر ویژگی های ساختاری و خواص مكانیكی، Y-Block عملیات حرارتی به سه قسمت بالایی و
میانی و پایینی تقسیم شد و از هر قسمت نمونه هایی برای آزمون كشش، ضربه و متالوگرافی تهیه شد.
مقدار استحكام نهایی آزمون كشش برای نمونه بالایی 973 MPa، میانی 925 MPa و پایینی 945 MPa به
دست آمد و با توجه به استحكام نهایی میل لنگ فولادی كه 980 MPa است مقدار قابل قبولی است و انرژی
آزمون ضربه شارپی بدون شیار برای نمونه های بالایی و میانی 80 J و نمونه پایینی 100 J به دست آمد. در نمونه
های بالایی، میانی و پایینی بعد از عملیات حرارتی به ترتیب سختی 335 ، 320 و 345 برینل مشاهده شد.

مقدمه
چدن نشكن آستمپر گروهی از چدن های نشكن هستند كـه جهـت بـه دسـت آوردن ریـز سـاختار اساسـاً
بینایتی تحت عملیـات حرارتـی ایزوترمـال (آسـتمپرینگ) قـرار مـی گیرنـد. چـدن هـای ADI بیشـترین خـواص
استحكامی را در كل خانواده چدن ها دارا هستند. این خواص اساساً به تركیب شیمیایی و شـرایط عملیـات بسـتگی
دارد خواص چدن ها در حدی است كه قطعات ساخته شده از این نوع چدن، تحت شرایطی بـه راحتـی مـی تواننـد
جایگزین قطعات ساخته شده از فولادهای ریختگی، فولادهـای آهنگـری شـده، فولادهـای كـم آلیـاژ پـر اسـتحكام
(HSLA) و فولادهای سخت شونده سطحی (Case Hardening) شوند در قطعات با ضخامت بالا تجمع عناصـر
آلیاژی در یک مكان باعث افزایش اثرات تخریب كننده عناصر آلیاژی بر روی خواص مكانیكی میشود.
ساختار زمینه تیغههای فریت غنی از كربن ( آسفریت )، فریت به همراه كارباید ، آستنیت غنی از كـربن، آسـتینیت
تحول نیافته UAV و در مواردی مارتنزیت در مناطق مـرز بـین سـلولی اسـت چـدن ADI بـه راحتـی مـیتوانـد

جایگزین فولاد ریختهگری شود و همچنین در بسیاری از كاربردها می تواند جایگزین فولاد كم آلیاژ آهنگری شود.
استحاله آستمپرینگ در چدن داكتیل دو مرحلهای است. در مرحلـه اول اسـتحاله ،آسـتنیت بـه فریـت سـوزنی یـا
مجموعه ای از فریت و كاربید وآستنیت پركربن تبدیل میشـود. در مرحلـه دوم اسـتحاله چنانچـه قطعـه ریختگـی
طولانی تر از زمان مورد نیاز در دمای آستمپر نگه داشته شود زمینه آستنیتی به فریـت و كاربیـد تجربـه مـیشـود

لاب در مواد کامپوزیتی است.
کامپوزیت ترکیبی است از چند ماده متمایز، به طوری که اجزای آن به آسانی قابل تشخیص از یکدیگر
باشند. یکی از کامپوزیتهای آشنا بتن است که از دو جزء سیمان و ماسه ساخته می شود.
برای تغییر دادن وبهینه کردن خواص فیزیکی و شیمیایی مواد، آنها را کامپوز یا ترکیب می کنیم. به
طورمثال، پلی اتیلن که درساخت چمنهای مصنوعی ازآن استفاده می شود، رنگ پذیر نیست و بنابراین
رنگ این چمنها اغلب مات به نظر می رسد. برای رفع این عیب به این پلیمر وینیل استات می افزایند تا
خواص پلاستیکی، انعطافی و رنگ پذیری آن اصلاح شوند. در واقع، هدف از ایجاد کامپوزیت، به
دست آوردن ماده ای ترکیبی با خواص دلخواه است.

نانوکامپوزیت، همان کامپوزیت در مقیاس نانومتراست. نانو کامپوزیتها در دو فاز تشکیل می شوند. در
فازاول ساختاری بلوری در ابعاد نانوساخته می شود که زمینه یا ماتریس کامپوزیت به شمارمی رود. این
زمینه ممکن است از جنس پلیمر، فلزیا سرامیک باشد. در فاز دوم ذراتی در مقیاس نانو به عنوان تقویت
کننده برای استحکام، مقاومت، هدایت الکتریکی و… به فاز اول یا ماتریس افزوده می شود. مهمترین
تاثیرنانوکامپوزیتها درآینده کاهش وزن محصولات خواهد بود. ابتدا کامپوزیتهای سبک وزن و بعد
تجهیزات الکترونیکی کوچکتر و سبکتر در ماهواره های فضایی.

سازمان فضایی آمریکا (ناسا) درحمایت از فناوری نانوبسیارفعال است. بزرگترین تاثیر فناوری
نانودرفضاپیماها، هواپیماهای تجاری وحتی فناوری موشک، کاهش وزن مواد ساختمانی سازه های
بزرگ درونی و بیرونی، جداره سیستمهای درونی، اجزای موتور راکتها یا صفحات خورشیدی خواهد
بود.
در مصارف نظامی نیز کامپوزیتها موجب ارتقا درنحوه حفاظت ازقطعات الکترونیکی حساس در برابر