بهبود خواص منیزیم بازیافتی؛ دستاورد محققان دانشکدگان فنی دانشگاه تهران 

به گزارش روز سه‌شنبه گروه علمی ایرنا از دانشگاه تهران، محققان دانشکدگان فنی دانشگاه تهران، طی یک پژوهش ۱۵ ساله درباره بازیافت حالت جامد (Solid-State Recycling یا SSR) منیزیم و آلیاژهای آن، به نتایج قابل‌توجهی رسیدند.

قادر فرجی، دانشیار دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه تهران و سرپرست این پژوهش، در این باره گفت: هدف این مطالعه درک چگونگی تغییرات ریزساختاری نمونه‌های بازیافت‌شده منیزیم حین فرایند بازیافت حالت جامد است که منجر به تولید منیزیم بسیار ریزدانه با خواص مکانیکی منحصربه‌فرد می‌شود. در این پژوهش، با بررسی دقیق آزمایش‌های موجود، برای نخستین بار یک سازوکار تغییرات ریزساختاری جهت درک بهتر این فرایند ارائه شد که می‌تواند چارچوبی برای مطالعات آینده باشد.

فرجی درباره اهمیت مطالعه بازیافت منیزیم گفت: این فلز که به عنوان سبک‌ترین فلز ساختاری شناخته می‌شود، اهمیت زیادی در صنایع مختلف همچون خودروسازی، تجهیزات حمل‌ونقل، بسته‌بندی، ساخت‌وساز، گوگردزدایی و زیست‌پزشکی دارد. آلیاژهای منیزیم دارای نسبت بالای استحکام به چگالی و سفتی، خواص میرایی عالی و زیست‌سازگاری قابل قبول هستند. بنابراین تولید منیزیم به تنهایی پاسخگوی نیازهای صنعت نیست و بخشی از نیاز به این فلز، از طریق بازیافت برطرف می‌شود.

عضو هیأت‌علمی دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه تهران افزود: منیزیم بازیافتی مشکلات منیزیم اولیه از قبیل مصرف زیاد انرژی، انتشار میزان زیاد گازهای گلخانه‌ای، تولید پرهزینه و ریسک بالای عرضه را ندارد و استفاده از آن با محیط زیست سازگارتر است.

فرجی با تقسیم روش‌های بازیافت منیزیم به دو دسته کلی “ذوبی” و “حالت جامد”، اظهار داشت: روش‌های ذوبی که عبارت از ذوب مستقیم براده منیزیم و آلیاژهای آن است، نه تنها به از دست رفتن مقدار زیادی از مواد در اثر فرایند اکسیداسیون و تبخیر لایه سطحی می‌انجامد، بلکه پیامدهای منفی محیط زیستی دارد. بنابراین با وجود اینکه در این روش بازیافت، میزان انرژی و هزینه کمتری نسبت به تولید اولیه منیزیم مصرف می‌شود، اما این میزان همچنان قابل توجه است.

دانشیار دانشکدگان فنی، روش‌های “حالت جامد” را به روش‌های سنتی “ذوبی” برتری داد و گفت: در روش‌های بازیافت “حالت جامد” که اخیراً مطرح شده‌اند، ضایعات مستقیماً و بدون نیاز به ذوب، به محصولات قابل‌استفاده با خواص مکانیکی بهتر تبدیل می‌شوند. از آنجا که تغییرات ریزساختاری تأثیر مستقیمی بر خواص نهایی مواد دارند، درک چگونگی تغییرات ریزساختاری حین فرایند بازیافت حالت جامد، که موضوع پژوهش حاضر است، اهمیت پیدا می‌کند.

سرپرست آزمایشگاه متالوگرافی و مواد دانشکده مکانیک دانشکدگان فنی دانشگاه تهران درباره یافته‌های این مطالعه گفت: این مطالعه نشان داد عواملی از جمله دوقلویی‌های ناشی از فرایند ماشینکاری، مرز براده‌ها و وجود لایه اکسیدی تأثیر بسیار زیادی بر تعیین خواص نهایی مواد بازیافتی و کنترل ریزساختار ماده نهایی دارد. وجود لایه‌های اکسیدی ناشی از فرایند ماشینکاری، در نهایت در اثر اعمال کرنش برشی شکسته شده و به صورت عناصر ثانویه عمل می‌کند و مانع رشد بیش از حد دانه‌های منیزیم و متعاقباً منتج به ریزساختاری ریزتر نسبت به مواد اولیه می‌شود. علاوه بر این به دلیل اعمال فرایند ماشینکاری، مقدار زیادی کرنش به مواد اولیه اعمال می‌شود که موجب ساختار اولیه ریزتر و نواقص کریستالی بیشتر در نمونه قبل از فرایند بازیافت و متعاقباً منتج به ساختاری ریزتر نسبت شمش‌های پردازش‌شده به روشی یکسان می‌شود.

وی افزود: در پژوهش حاضر مشخص شد منیزیمی که از طریق بازیافت “حالت جامد” تحت شرایط خاص و با رعایت نکات مهم در حین فرآیند به دست می‌آید، دارای خواص بسیار بهتری از منیزیم حاصل‌شده به روش‌های سنتی و مرسوم مانند آلیاژسازی و اکستروژن است. ازاین‌رو، بر مبنای یافته‌های این مطالعه می‌توان ضایعات غیرقابل استفاده و براده‌های حاصل از ماشین‌کاری را به منیزیمی با خواص بهبودیافته تبدیل کرد.

فرجی خاطرنشان کرد: در این پژوهش، علاوه بر ارائه سازوکاری برای تغییرات ریزساختاری حین فرایند ماشینکاری و بازیافت حالت جامد منیزیم و آلیاژهای آن از طریق تغییر شکل پلاستیک بر اساس مطالعات پیشین، ویژگی‌های متمایزکننده نمونه بازیافتی به روش “حالت جامد” و پارامترهای تأثیرگذار بر ریزساختار نهایی نمونه‌های بازیافتی به این روش نیز بررسی شده است.

نتایج این پژوهش در قالب مقاله‌ای با همکاری فرجی، محمدرضا صبور، دانش‌آموخته دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه تهران و عرفان طاهرخانی و در نشریه منیزیوم و آلیاژها/ Journal of Magnesium and Alloys با ضریب تأثیر ۱۵.۸ منتشر شده و از طریق پیوند در دسترس قرار گرفته است.