THERMODYNAMIC INVESTIGATION OF PACK ALUMINIZING PROCESS OF PURE TITANIUM

In this research, aluminizing packs containing NaF and NH4Cl activators were used for aluminizing of pure titanium samples at 1100 oC. The results showed that the layers of TiAl3, TiAl2, γ-TiAl, α2-Ti3Al, and α-solid solution are formed on titanium samples in both cases. However, the weight gain and the thickness of TiAl3 layer in treated samples with NH4Cl activator are greater than those when NaF activator is used. Using a thermodynamic model showed that the partial pressures of aluminumcontaining gases when NH4Cl is used are much greater and accordingly, the experimental results were justified. Key Word Titanium Aluminide, Pack aluminizing, Thermodynamic model, Aluminizing reactions.  هخسن ي تسخن هلاقم خيرات رد 10 / 4 / 92 و هخسن ي يناياپ خيرات رد نآ 12 / 3 / 93 تسا هديسر هيرشن رتفد هب . ) 1 ( لوئسم هدنسيون : ،رايداتسا دزي هاگشناد ،يژرولاتم و ندعم يسدنهم هدكشناد ) 2 ( ،داتسا ناريا تعنص و ملع هاگشناد ،يژرولاتم و داوم يسدنهم هدكشناد ) 3 ( ،داتسا شناد ناريا تعنص و ملع هاگشناد ،يژرولاتم و داوم يسدنهم هدك ) 4 ( ،داتسا يلپ هاگشناد ،دامجنا ياهدنيارف هاگشيامزآ لامش كينكت نيچ ،نايش ،نيچ برغ 14 صلاخ ميناتيت يهد مينيمولآ دنيارف يكيمانيدومرت يسررب ... همدقم لوط رد دنچ ههد ي ريخا ، نآ ياـهژايلآ و ميناـتيت ) °C 1670 Ti Melting T = ( هب ناونع ياج يارب نيزگ ياهژايلآ لكين ) °C 1455 Ti Melting T = ( هدـش حرـطم دـنا ، هـك ارـچ ،رتلااـب بوذ ياـمد رـب هولاع هـب هزادـنا ي ـبيرقت ي 45 ينزو دصرد كبس ن ياهژايلآ زا رت يم لكي دنـشاب [1,2] . دوجو نيا اب ، هب هـيلا ليكشت ليلد ي هدننكـش ي ديـسكا ميناــ تيت زا رتلااــ ب ياــ هامد رد °C 600 ، هــ ب تــ مواقم سكا شيا اهژايلآ نيا ـسكا هـب تـمواقم زا شيا و لـكين نآ ياهژايلآ مك تسا رت [3-5] . هـب ،لـيلد نيـمه دـنيارف مينيمولآ اب يهد زا هدافتسا يردوپ طولخم لماش ـم هدا ي هدننكرپ ) Al2O3 ( ، هدام ي مينيمولآ هد ) ردوپ Al ( م و هدا ي عف هدننك لا ) NaF اـي و NH4Cl ( ، شور زا يـكي يياـه يارـب هزورما هك تسا دوـبهب ـسكا هـب تـمواقم شيا و يگدروخ حطس نآ اه هب راك هتفر تسا [3,6-8] . هدافتـسا زا دــ نيارف نــ يا يياــ مد هدودــ حم رد °C 1200 800 ، لا ليكـشت بجوم هـي زا يـنغ ياـه مينيموـلآ حطـس رد يم ميناتيت دوش . رگا ناديـسكا طيحم ضرعم رد هيلا نيا دريگ رارق هدنروخ و ، هيلا ديسكا زا يا مينيمولآ هـب ياـج ميناتيت ديسكا يور رب حطس نآ يم ليكشت اه وـش د . لوا نآ هيلا نيا هك مرن رت تسا حطـس هب يرتهب يگدنبسچ و دراد نآ مود و هك فن زا شيب ذو شيـپ و نژيـسكا رـت يور هديدپ ي سكا د شيا هنومن ر اه يم يريگولج دنك [9] . رب نوزفا ششوپ يهد ، زتنـس يارـب دـنيارف نيا زا جنفسا بـيكرت سنج زا يياه ياـه لـكين يزـلف نيـب مينيمولآ شيپ زا هدافتسا اب جنفسا لكين ياه مه هدافتـسا هدش تسا [10-12] . رد ف دنيار مينيمولآ يهد خم يردوپ طول ادتبا ، ـمت ا م و زا يشخب اي هدام ي عف لا هب هدننك تلاح رد زاگ يم دـيآ سپـس و ، اـب مينيموـلآ يردوـپ طوـلخم نورد دوـجوم شنكاو يم دنك ّرـف ياهدـيلاه و را مينيموـلآ ليكـشت ار يم دهد . اهديلاه نيا ، هدمع لماع يا لاـقتنا رد مينيموـلآ هعطق حطس هب ) هـنومن ي يداـع اـي جنفـسا ( ـم ي دنـشاب [13,14] . سِواگ و نياويل [13] ، وا يناققحم نيل دنتـسه اب هك كيمانيدومرت يسررب يكيتنيس و ي نـيا دـنيارف هـب ، شنكاو نييبت هك يياه رد يلمع مينيمولآ تا يردوـپ يـهد لكين ژايلآ IN-100 يـم قافتا دـنتفا ، ـتخادرپ ه دـنا . نـيا تباث ناققحم هدرك دنا هك لاقتنا ياهزاگ ذوفن و م طوـبر هب اهديلاه ي يردوپ طولخم نورد مينيمولآ ردوپ يواح ـ عف داوم و صلاخ مينيمولآ لا هدـننك ي فـلتخم NaX و NH4X ) X يم دناوت F ، Cl ، Br و اي I دـشاب ( ، كيتنيـس هنومن نزو شيازفا نيا رد اه يـم لرتنك ار دنيارف دـننك . لگيـس ،نآ زا سـپ قـيقد يـسررب اـب ناراـكمه و رـت شنكاو هـك يياه مينيموـلآ متـسيس نورد يـهد طوـلخم يردوپ صلاخ لكين [15,16] ، ياهژايلآ و Ni-Cr [17] ، هدام ود زا هدافتسا اب ي عف لا هدننك ي AlF3 و NaF قافتا يم دنتفا ، يكيتنيس لدم سواگ و نياويل دوـبهب ار دـنداد تباث و هك دندرك مينيموـلآ ياهدـيلاه يـئزج ياهراشف ار يلصا شقن رد نييعت م زي نا هـب هدـش لـقتنم مينيمولآ هنومن حطس دنراد اه . يماـسادنَك و لگيس ،نيا رب نوزفا [18,19] ، كيمانيدومرت ليلحت اب ي شنـكاو رد هـك يياـه ف مينيمولآ دنيار يهد صلاخ لكين زا هدافتسا اب 4 دـصرد نيموـلآ ردوپ ينزو ي هداـم و م ي ـ عف لا هدـننك ي AlF3 خر يم ،دنهد داد ناشن ه ا راـشف هـك دن ياـهزاگ يـئزج ياه نورد فـلتخم هـعومجم هـب دـش هداـم رادـقم هـب ت ي عف لا هدننك ي AlF3 هب ،تسا هتسباو رـگا هـك يروط نـيا هزادـنا هب هدام ي يردوـپ طوـلخم نورد يفاـك دوـجو دشاب هتشاد ، زاف هدش مكارتم نآ ي نورد هعومجم رادياپ يم دوش و هب ،بـيترت نـيا زا لقتـسم يـئزج ياهراـشف رادقم نآ يم دنوش . يريـسن ،نيا رب نوزفا و لكابردـنو [20,21] ، مينيمولآ دنيارف كيمانيدومرت صلاخ نهآ يهد و زا عون دنچ دلاوف ار هدام زا هدافتسا اب ي عف لا هدـننك ي NH4Cl يسررب هدرك دنا . نآ اـب اه هبـساحم ي ياهراـشف يزاگ ، شلات هدرك دنا هـنومن نزو شيازفا كيتنيس ات اـه سا اب ار يئزج ياهراشف نيا زا هدافت ن نييعت دنيام . گناك پر و [22,23] مه ، اب كـيمانيدومرت نداد رارـق رظن رد مينيمولآ دنيارف اـب صلاـخ نـهآ يردوـپ طوـلخم يهد هدام زا هدافتسا ي عف لا هدننك ي NaCl طيـحم نورد ياـه نوگرآ يزاگ طولخم و نوگرآ زاگ اـب هارمه 5 دـصرد يامد رد نژورديه زاگ °C 900 ريثأت ، نژورديه زاگ رد دنيارف نيا هدرك يسررب ار دنا . ولاتم يسدنهم هيرشن داوم و يژر 15 اـب يـسررب شرازـگ ماـمت رد هـك يياـه هـنيمز ي ت كيمانيدومر يردوپ طولخم دنيارف ، يـم هظحلام دوـش هك هب ات لاح يصاخ شرازگ ميناتيت دروم رد هدشن هئارا تــسا هــ ب و لــ يلد نيــ مه نــ يا رد شهوژــ پ ، يــسررب دنيارف يكيمانيدومرت ـ لآ مينيمو صلاـخ ميناـتيت يـهد اـب زا هدافتسا ود هدام ي عف لا هدننك ي NaF و NH4Cl ، دروم هجوت رارق تفرگ . نـيا يارب روـظنم ، شنـكاو هـك يياـه كي نورد هعومجم ي يلمع ماگنه هتسب تا مينيمولآ يهد صلاخ ميناتيت يم قافتا دنتفا ، رظن هطقن زا كيمانيدومرت ي ليلحت هدش دنا . نيا رب نوزفا ف ، ياـهزاگ يئزج ياهراش نورد فلتخم ماـگنه هعومجم زا هدافتـسا نـيا هداـم ي عف لا هدننك اـب هـب راـك يريگ يكيماـنيدومرت لدـم كـي ييايميـش هبـساحم دـش دن و هـب جياـتن هدـمآ تـسد اـب كي هسياقم رگيد دندش . مه نينچ ، دش شلات تـسا ه اـت هزادنا يبرجت جياتن و نزو تارـييغت هلمج زا هدش يريگ خض تما ياه هيلا ي TiAl3 ، ياهراـشف نيا زا هدافتسا اب دنوش هيجوت يئزج . و داوم قيقحت ماجنا شور نيا رد قيقحت زا ، هنومن ياـه صوـلخ اـب ميناـتيت 99 / 99 داعبا اب ينزو دصرد mm 10 × 8 × 8 دش هدافتسا . هــ نومن نــ يا ا ســ پ اــ ه ز شرــ ب يراــ ك ــ ب ، ه هليــ سو ي ذغاك هدابنس ياه 400 ، 600 و 1000 دابنس ه ينز و دندش سپس ، َا رد س تسش نوت دندـش ه تـياهن رد و ، هـب دـم ت نامز 15 هدننك زيمت رد هقيقد ي هداد رارق توص ياروام دندش . هنومن هدافتسا زا لبق اه ، يوزارت طسوت ي ـ ّقد اب ت 001 / 0 ± مرگ دش نزو دن نآ داـعبا و اـه هـب مـه كـمك هزادنا سيلوك دش يريگ . هب روظنم دنيارف ماجنا يموـلآ مين يـهد ، زا 100 مرـگ يردوپ طولخم لماش 85 ،انيمولآ ردوپ ينزو دصرد 10 ردوـپ يـنزو دصرد مينيموـلآ ) اـب صوـلخ 99 دـصرد ينزو ( و 5 هدام ينزو دصرد ي ـ عف لا هدـننك ي NaF اـي NH4Cl دش هدافتسا . طولخم زا سـپ ردوـپ ندـش نزو ،نآ يازـجا هـب دـم ت تعاـس راـهچ ناـمز يايـسآ رد هلولگ يا نگمه ش د . حرط هراو هعومجم زا يا ا هك ي يارب مينيمولآ يـهد دـش هدافتـسا ، لكـش رد ) 1 ( تـسا هدـش هداد ناـشن . هــنومن و يردوــپ طوــلخم زا ســپ يميناــتيت ياــه هدامآ يزاس ، هتوب نورد ي دش يزاساج ييانيمولآ دن و د ِر دش هتسب ييانيمولآ ناميس زا هدافتسا اب نآ . سپس ، هـتوب ش هداد رارق هروك نورد د . هب روـظنم كـي ندرـك مهارـف يثنخ طيحم يارب ـسكا زا يريگوـلج شيا هـنومن و اـه راـشف ات هروك طيحم ادتبا ،يردوپ طولخم Pa 2 10 × 3 يكيناكم پمپ ود زا هدافتسا اب ينارود و يذوفن ينغور دش هيلخت اوه زا و سپ ،نآ زا هروك دش نشور . شـخب يهدامرگ مزآ ره يارب هروك نو هب هنوگ ميظنت يا دش اـت رد هروك يامد دم ت نامز ياـمد هـب تعاس كي دروـم رظن ) °C 1100 ( دسرب . ،نآ زا سپ هـتفرگ رظن رد نامز يارب هدش ره مزآ نو ) 0 ات 3 تعاس ( دـش تبث . نوزـفا هب ،نيا رب ك روظنم ياهزاگ يگدنروخ رثا شها يدـيلاه رب ا و هراويد تنمل نوـگرآ زاگ يرادقم ،هروك ياه عوـن 6 هلحرم رد ي شيپ عف زا لبق و شيامرگ هدام ندش لا ي عف لا هدننك هروك نورد هب قيرزت ش د ، هب هنوگ يا راشف هك نآ هب 19 / 0 ديسر رفسمتا . يارب لمع نيا ماجنا شيامزآ ـم اـب و ـعف دا لا هدـننك ي NaF و NH4Cl ، هـب بـيترت رد امد اه ي °C 400 و oC 350 ماجنا دش . نيا هب هجوت اب هك يثنخ يزاگ نوگرآ چيه رد و تسا كي شنكاو زا اه رد يلمع تا مينيمولآ يهد درادن يتلاخد ، يئزج ياهراشف رب يزاگ يازجا ت أ ن يريث تـشاد و اـهنت شيازـفا بـجوم لك راشف دش هعومجم . لكش 1 حرط هراو هعومجم زا يا ي هدش هدافتسا يارب مينيمولآ هنومن يهد يميناتيت ياه 16 صلاخ ميناتيت يهد مينيمولآ دنيارف يكيمانيدومرت يسررب ... مزآ ره عورش زا سپ نو لـك راـشف ، هـعومجم رد لصاف ه ياه ينامز 15 هقيقد راشف طسوت تـبث جنس دـش . زا سپ ناياپ مزآ ره نو شوماخ هروك ، يم دـش هزاـجا و هداد يم دش ات يامد هروـك هـب هليـسو شدرـگ ي اـت بآ دوش درس طيحم يامد . نزو هنومن اه زا سپ خ جور هروـك زا هـب هليـسو ي وزارـت ـب ه ـ ّقد ت هزادـنا دـش يرـيگ . هـيلا تماخـض ي يدـيانيمولآ ، زا هدافتـسا اـب ريوـصت ياه عـطقم حطـس هـنومن يپكـسوركيم اـه هـب و كـمك مرـن رازـفا لـيلحت يريوـصت Clemex Vision (TM) Version 3.5.025 هزادنا دش يريگ . ،نـيا رب نوزفا زاـف صيخـشت يارـب ي هيلا ي ششوپ ، نومزآ شارـپ يوـترپ سـكيا ) هاگتـسد لدم سپيليف Pananalytical X’pert Pro ( ا دـش ماـجن . هيلا يرصنع ليلحت يارب ،ششوپ ي زا هاگتـسد ورـكيم نورتكلا روزيلانآ يشيوپ ) EMPA ( م لد JEOL هدافتسا دش . تباث ياه و لداعت رـگيد هداد يكيماـنيدومرت ياـه يارـب زاـين دروم ماـجنا لـيلحت ياـه و يكيماـنيدومرت هبساحم ي يئزج ياهراشف ، هدافتسا اب زا مرن رازـفا HSC Chemistry Version 5.11 جارختسا دش . ثحب و جياتن يسررب ياه زير يراتخاس جياتن ناشن يم دنهد هك يور رب هـنومن مامت اـه ي ي هك زا هدافتسا اب هداـم ود ره ي ـ عف لا هدـننك ي NH4Cl و NaF مينيمولآ يهد هدش ،دنا هب بيترت هيلا سنـج زا يياه TiAl3 ، TiAl2 ، γ-TiAl و α2-Ti3Al ــماج لوــلحم و د ليكـشت افلآ تـسا هدـش . هـب ،لاـثم ناوـنع ـسزير راتخا هنومن هب هك ميناتيت ياه دم ت ناـمز 1 ياـمد رد تعاـس C o 1100 مينيمولآ دش يهد ه ا دن ، رد لكش ) 2 ( هداد ناشن تسا هدش . ناشن جياتن يم دنهد هيلا نيا هك رد يـتح اه رفص نامز ) هلحرم زا سپ هلصافلاب ي شيامرگ رد هروك يامد ات C o 1100 ( دش ليكشت زين ه ا دن . نـيا هدـيدپ نيا هتكن يم دييأت ار ب هك دنك هلـصافلا سـپ ـ عف زا ندـش لا هداــ م ي ــ عف لا هدــ ننك يياــ مد هدودــحم رد C o 350 اــ ت C o 450 ، شنكاو يزاگ ياهديلاه ليكشت ياه مينيموـلآ هدش عورش دنا ،اهديلاه نيا و مينيمولآ هعطق حطس هب ار لقتنم هدرك دنا . د ،هجيتن ر مينيموـلآ هدـش دازآ رد حطـس هب د ن نور هنوم ي ذوفن ميناتيت تسا هدرك و آ اـب ،سپس ن شنـكاو هداد هـيلا ليكـشت هـب رـجنم و فـلتخم ياـه يديانيمولآ تسا هدش . ناــ مه هــ ك هــ نوگ ت رد ريوــ ص ياه پُكــ سوركيم نورـتكلا زا هدافتـسا اب يشبور ينورتكلا يتـشگرب ياـه لكش ) 2 ب ( و ) 2 ت ( هاشم يم هد دوش ، هـيلا ي α2Ti3Al لباق هدهاشم تسين ، يلو ليكـشت روـضح و نآ رد