آلیاژسازی مکانیکی

آلیاژسازی مکانیکی (به انگلیسی: Mechanical Alloying) روشی برای فرآوری آلیاژهای پودری است که امکان تهیه مواد همگن از مخلوط پودری عناصر سازنده را فراهم می‌کند.از این روش برای تولید نانوکامپوزیت ها با ذرات تقویت کننده ی نانو متری در شرایطی که با روش های معمول امکان خوشه ای شدن و به هم چسبیدن ذرات وجود دارد استفاده می شود.

روش

در این فرایند، انرژی به صورت مکانیکی از طریق ضربه به پودرهای در تماس با یکدیگر وارد می‌شود. برخوردهای نامنظم منجر به تغییرشکل پلاستیک ذرات و اتصال آن‌ها توسط جوش‌سرد به یکدیگر می‌شود. این مکانیزم منجر به ایجاد ساختار لایه‌ای از عناصر اولیه می‌شود.
با ادامهٔ فرایند، تغییر شکل پلاستیک بیش از حد منجر به شکست ذرات می‌شود که با تکرار جوش‌سرد و شکست، ساختار لایه‌ای به یک ساختار همگن تبدیل می‌شود.

ترکیبات بین فلزی

ترکیبات بین فلزی با وجود تمام مزایای خوب دارای قابلیت تغییر شکل کم در دمای محیط و همچنین کم بودن تافنس شکست نیز می باشند که این معایب کاربردهای این مواد را محدود می کند. تلاش های زیادی به منظور حل این مشکل در سالهای اخیر صورت گرفته است. فرایند آلیاژسازی مکانیکی می تواند برای تولید این مواد و بهینه - سازی رفتار آنها مورداستفاده گیرد. همان گونه که در تحلیل تولید فازهای شیشه ای در هنگام آلیاژسازی مکانیکی عنوان شد، تشکیل ترکیبات بین فلزی نیز در اثر افزایش قابلیت واکنش پودرهای عنصری با پودرهای کامپوزیتی دیگر است که در هنگام آسیابکردن تولید می شوند. در این حالت با زیاد شدن قابلیت نفوذ، ترکیبات می توانند در دمای پایین جوانه زده و رشد کنند. در اینجا فرض بر این است که افزایش قابلیت نفوذ به دلیل زیاد شدن مرزدانه ها و عیب های ساختاری دیگر است. اینکه تنش های مکانیکی نقش اساسی در افزایش قابلیت نفوذ دارند یا نه، چندان مشخص نیست؛ اما روشن است که مرزها نقش مهمی در کاهش دمای واکنش دارند، با کاهش ضخامت لایه ها و افزایش مساحت مرزها واکنش آسان تر انجام می شود

سنتز پودر های نانوبلور

مواد نانو ساختار مواد تک فاز یا چند فازی است که اندازه بلورهای حداقل یکی از فازهای آنها در محدوده ۱۰۰-۱ نانو باشد. مواد نانوبلوری را با روش های متعددی می۔ توان تولید کرد که شامل روش های فاز بخار (تقطیر گاز خنثی) روش های فاز مایع (رسوب الکتروشیمیایی یا انجماد سریع) و روش های فاز جامد (به طور مثال سایش مکانیکی) از جمله این روش ها هستند. مزیت روش آلیاژسازی مکانیکی برای سنتز مواد نانوبلوری در توانایی این روش برای تولید مقدار قابل توجه از این مواد با تجهیزات ساده در دمای اتاق و در حالت جامد است. به دلیل اندازه فوق العاده ریزدانه ها، درصد زیادی از اتمهای این گونه مواد در مرزدانه ها قرار دارند؛ بنابراین این مواد دارای ترکیبی از ویژگی های فیزیکی، مکانیکی و مغناطیسی پیشرفته ای در مقایسه با مواد رایج (با اندازه دانه های بزرگ تر از ۱ میکرومتر) هستند. مواد نانوبلوری دارای استحکام و سختی زیاد، سرعت دیفوزیون بالا و زمان تفجوشی پایینی هستند. 
وجود دانه های با اندازه نانومتری تقریبا در همه موادی که با روش آلیاژسازی مکانیکی تولید شده اند، گزارش شده است. این مواد شامل فلزات خالص، ترکیبات بین فلزی و مواد کامپوزیتی هستند؛ بنابراین این روشی فراگیر برای تولید مواد نانو کریسی محسوب می شود. مکانیزم به وجود آمدن نانوبلورها در فرایند آلیاژسازی مکانیکی به صورت است که در اثر تغییر شکل شدید پلاستیک که به ذرات پودر اعمال می شودنابجایی های زیادی تولید شده؛ سپس این نابجایی ها تبدیل به دانه های فرعی و در نهایت به دانه های نانو متری تبدیل می شوند. در مورد ساز و کار تولید مواد نانوبلوری به روش آلیاژسازی مکانیکی در بخش های بعد به طور کامل بحث خواهد شد

سنتز کامپوزیت های فلز-سرامیک و پودر های نانو کامپوزیتی

از فرایند آلیاژسازی مکانیکی برای ساخت کامپوزیت های زمینه فلزی تقویت شده با ذرات سرامیکی نیز استفاده می شود. در این عملیات، پودرهای نرم (پودر فلزی) لایه ای شده و پودرهای ترد (پودر سرامیکی) شکسته می شود و بین لایه های پودر فلزی محبوس می شود. اگر زمان آسياب بالا باشد می تواند باعث شود که اندازه پودرهای سرامیکی به محدوده نانومتری برسد؛ بنابراین پودری به دست می آید که در اطراف آن لایه ای از پودر نرم فلزی قرار گرفته و در داخل آن پودر ترد سرامیکی در ابعاد نانو متری وجود خواهد داشت و با فرایندهای بعدی مانند پرس، زینتر و اکستروژن می توان نمونه های نانو کامپوزیتی با توزیع فاز ترد نانو متری در یک زمینه فلزی نرم به دست آورد. 
یکی از روش های جالب دیگری که برای تولید نانو کامپوزیت ها استفاده می شود، سنتز مکانیکی - شیمیایی است؛ مانند برای به دست آوردن نانوکامپوزیت Cu- Al2O
مخلوطی از پودر Al ، Cu و CuO را در یک آسیاب با یکدیگر مخلوط می کنند. در اثر فرایند آسیاب کردن، بين Al و CuO واکنش شیمیایی اتفاق افتاده و )A1 توليد می شود. در شکل ۲-۹۱ ریزساختار این کامپوزیت نشان داده شده است. همان گونه که مشاهده می شود ذرات ;0:Al تقریبا به طور یکنواخت داخل زمینه مس توزیع شده اند

تولید نانو پودرها

پودرهایی که اندازه ذرات آنها کمتر از nm
۱۰۰ باشد، نانو پودر نامیده می شوند. نانو پودرها کاربردهای عملی زیادی دارند. آسیاب کردن پرانرژی می تواند برای تولید نانو پودرها مورد استفاده قرار گیرد. در روش برای تولید نانو پودر به روش آسیاب مکانیکی وجود دارد: الف) آسیاب نمودن پودرهای تک فاز و کنترل نمودن توازن بين نقطه شکستن و جوش سرد تا آنجا که ذرات کوچکتر از ۱۰۰ نانومتر نتوانند جوش سرد ایجاد کنند و ب) تولید نانو پودر به روش فرایند شیمیایی مکانیکی در تحقیقی که در مورد تولید نانو کامپوزیت Al-SiC با روش آلیاژسازی مکانیکی در یک آسیاب پرانرژی صورت گرفته است، مشاهده شده است که تنها پس از گذشت سه ساعت از شروع عملیات آسیاب مکانیکی، اندازه ذرات کاربید سیلیسیم از ۴۰ میکرومتر به ۳۱۰ نانو متر می رسد؛ بنابراین بر اساس این نتایج امکان ریزشدن ذرات پودر تا محدوده نانومتری در هنگام آسیاب کردن وجود دارد. 
گروه پروفسور کورمیک در دانشگاه وسترن استرالیا در استفاده از روش شیمیاییمکانیکی به منظور تولید نانو پودرهای فلزی و سرامیکی بسیار موفق بوده اند. این فرایند را می توان به وسیله یک مثال در مورد تولید نانو پودر آهن توضیح داد. این فرایند با آسیاب نمودن مخلوطی از پودر FeCl و ذرات سدیم در یک آسیاب پرانرژی شروع میشود. آسیاب مکانیکی موجب انجام واکنش بین این دو پودر شده و در نهایت نانو ذرات Fe که با NaCl مخلوط شده اند، تولید می شود. سپس NaCl با آب استخراج شده و نانو پودر Fe باقی می ماند