2-3-1- سنتز 5،1- ‌بیس‌(2-نیترو-4-تری‌فلوئورومتیل‌فنوکسی)نفتالن(BNFPN)…………………………….46

 

  2-3-2- سنتز 5،1- ‌بیس‌(2-آمینو-4-تری‌فلوئورومتیل‌فنوکسی)نفتالن(BAFPN)…………………………47

 

2-4- سنتز پلی‌(آمید-اتر)ها…………………………………………………….48

 

2-5- تعیین حل پذیری پلیمرها…………………………………………………………48

 

2-6- تعیین گرانروی درونی محلول پلیمرها…………………………………………..49

 

2-7- سایر آنالیزها………………………………………………………49

 

فصل سوم: نتایج و بحث

 

3-1- سنتز مونومر…………………………………………………………….50

 

  3-1-1- سنتز5،1- بیس( 2- نیترو-‌4-‌تری‌فلوئورومتیل‌فنوکسی)نفتالن(BNFPN)…………………50

 

  3-1-2- سنتز5،1- بیس(2- آمینو-4-‌تری‌فلوئورومتیل‌فنوکسی)نفتالن(BAFPN)………………………54

 

3-2- سنتز پلی(آمید-اتر)ها………………………………………………………..59

 

3-3- بررسی برخی خواص پلیمرها………………………………………………..64

 

فصل چهارم: نتیجه گیری

 

4-1- نتیجه گیری…………………………………………………………………….70

 

پیوست……………………………………………………………………………………71

 

فهرست منابع…………………………………………………………………74

 

چکیده

 

دسته‌ی جدیدی از پلی(آمید-اتر)های فلوئوردار کاملا آروماتیک، بوسیله پلیمریزاسیون تراکمی مستقیم یک دی آمین بر پایه نفتالن به نام 5,1- بیس(2-آمینو-4-تری­فلوئورومتیل­فنوکسی)نفتالن (BAFPN) با چهار دی اسید مختلف شامل ترفتالیک اسید(TPA)، ایزوفتالیک اسید (IPA)، 2،5-پیریدین دی کربوکسیلیک اسید(2,5-PDA)  و 6،2-پیریدین دی کربوکسیلیک اسید (2,6-PDA) با موفقیت سنتز شدند و تاثیر حضور گروههای فلوئوردار CF₃ و حلقه های صلب نفتالن بر خواص پلیمرها از قبیل حل پذیری، بلورینگی و پایداری گرمایی مورد بررسی قرار گرفت. ساختار مونومر و پلیمرهای سنتز شده توسط طیف سنجی FT-IR و NMR بررسی و تایید شدند. میزان بلورینگی پلیمرها با مطالعاتXRD  بررسی شد که نتایج حاصل نشان داد گروههای CF₃ متصل به زنجیره ها نظم ساختاری پلیمرها را به مقدار زیادی مختل کرده و منجر به کاهش بلورینگی شده است. همچنین پلیمرها از حل پذیری خوبی در حلال های آلی برخوردار بودند. بررسی مورفولوژی پلیمرها بوسیله تصاویر SEM به وضوح نشان داد که ساختار ماکرومولکولها به صورت میکروپلیت بودند. ترموگرام TGA پلیمرBAFPN/2,6-PDA  ، نشان داد که این پلی(آمید-اتر) دارای پایداری گرمایی بسیار خوبی است. همچنین مقدار T_g این پلیمر نیز با استفاده از نمودار DSC تعیین و مشخص شد.

 

 کلمات کلیدی: پلی‌(آمید-اتر)، مقاومت گرمایی، حل پذیری، بلورینگی

 

  مقدمه

 

پلیمرهای با عملکرد بالا طبقه­ی مهمی از پلیمرها هستند که کاربردشان پیوسته در حال گسترش است که این کاربردها اغلب خواستار ترکیباتی مناسب و دارای خواصی مثل استحکام بالا، فرایندپذیری بالا ، چقرمگی، پایداری شیمیایی و حرارتی برجسته و ثابت دی­الکتریک کم می­باشند. پلی­آمیدها، پلی­ایمیدها و پلی(آمید-ایمید)ها به خاطر داشتن چنین خواصی توجه هستند اما  این دسته از پلیمرهای آروماتیک در سنتز و فراورش مشکل حل پذیری کم و دمای انتقال شیشه­ای (T_g) بالا را دارند. امروزه پژوهش های عملی و بنیادی روی افزایش فرایندپذیری و انحلال پذیری پلی‌آمیدهای آروماتیک متمرکز شده است تا کاربرد حرفه ای و صنعتی این پلیمرها افزایش یابد که از جمله این اصلاحات می توان به واردسازی اتصالات انعطاف‌پذیر در زنجیره‌های پلیمری، تعبیه گروههای حجیم در پیکره پلیمرها، حضور حلقه های هتروسیکل و همچنین حلقه های آویزان هتروآروماتیک در ساختار پلیمرها اشاره کرد. همچنین قرارگرفتن گروههای فلوئوردار در پیکره پلیمر، حل پذیری و عملکرد الکتریکی و دی الکتریکی پلیمر را

 

افزایش میدهد که این افزایش به علت قطبش پذیری کم ، دوقطبی جزیی پیوندهای C-F و افزایش حجم آزاد می باشد. وجود گروههای هالوژنی مثل كلر و فلوئور پلیمرها را در برابر شعله، حلال، اسید و باز مقاوم می سازد كه باعث افزایش كاربرد آنها می شوند. از مهمترین این گروهها می توان به گروههای CF₃ اشاره نمود که حضور این گروه برهمکنش های بین زنجیری را کاهش داده و با ایجاد سد چرخشی در پلی‌آمیدها حلالیت را تغییر می دهد. همچنین وجود واحدهای نفتالنی که گروههای آزادکننده الکترون مثل اتر یا آمین دارند و به عنوان یک بخش سخت با خواص فتواکتیو مطرح هستند، خواص ویژه ای به پلیمر می دهند و می توانند حل پذیری و فرایندپذیری پلیمرهای مقاوم حرارتی را بدون كاهش قابل توجه مقاومت حرارتی افزایش بدهند.

 

1-1- پلی‌آمیدهای آروماتیک با عملکرد بالا

 

توسعه پلیمرهای با عملکرد بالا از سال 1950 به منظور استفاده در صنایع هوافضا و الکترونیک آغاز شد. اصطلاح عملکرد بالا به پایداری غیرعادی به هنگام قرار گرفتن در شرایط نامساعد و ویژگی هایی که پلیمرهای معمول را بهبود میدهند، اطلاق می‌شود. عمومی ترین مشخصات پلیمرهای باعملكرد بالا و مقاوم در برابر دما ماندگاری طولانی مدت (بیشتر از 1000 ساعت در˚ C177) ، دمای تجزیه حرارتی بالای ˚ C450،  سرعت کم افت وزنی در دماهای بالا، دمای انحراف گرمایی بالا، داشتن ساختارهای آروماتیک، خواص مکانیکی عالی و وجود بخش های سخت که باعث افزایش  (بیشتر از ˚ C200) می‌شوند، می‌باشد. بطور کل پلیمرهای مقاوم حرارتی برای استفاده در دماهای بالا، باید دارای ویژگی های زیر باشند:

 

الف- دمای ذوب )نرم شدگی)  بالا (T_m)

 

ب- مقاومت در برابر تخریب اکسایشی در دمای بالا

 

ج- پایداری در برابر عوامل شیمیایی و تابشی

 

د- مقاومت در برابر دیگر فرآیندهای حرارتی تخریبی )غیر اکسایشی(

 

مهمترین فاکتورهایی که باعث عملکرد بالا و مقاومت گرمایی پلیمرها می‌شوند عبارتند از استحکام پیوندهای اصلی، پایدارسازی رزونانسی، نیروهای پیوندی ثانویه ( پیوند هیدروژنی، واندروالس، برهمکنش های قطبی و غیره)، توزیع وزن مولکولی، تقارن مولکولی، اتصالات عرضی، خلوص، مکانیسم شکافتگی پیوند، ساختارهای بین زنجیری سخت و افزودنی ها یا تقویت كننده ها ( فیبرها، خاك رس، نانوذرات مختلف) [25].

 

پلی‌آمیدها در طبیعت بصورت پروتئین‌ها و الیاف طبیعی مانند ابریشم و پشم و بصورت سنتزی در الیاف مصنوعی و پلاستیك‌ها یافت می‌شوند. اولین توسعه مربوط به پلی‌آمیدها با كار كاروترز پدر شیمی پلیمر در آمریكا، در سال 1935 میلادی آغاز شد. كاروترز، با استفاده از واكنش هگزا متیلن دی‌‌آمین و آدیپیك اسید موفق به تهیه پلی‌(هگزا‌متیلن‌آدیپامید) شد كه بعدها توسط کمپانی دوپونت نام تجاری نایلون6،6 بر روی این پلی‌آمیدها نهاده شد.[19] پلیمرهای با عملکرد بالا بواسطه معیارهایی مثل میزان مقاوت گرمایی، استحکام مکانیکی، چگالی مخصوص پایین، قابلیت هدایت بالا، خواص گرمایی و الکتریکی بالا، و عایق بودن در برابر صدا و مقاومت شعله بالا توصیف می‌شوند. از اینرو پلی‌آمیدهای آروماتیک به دلیل خواص مکانیکی و گرمایی بالایشان به عنوان پلیمرهای با عملکرد بالا مطرح می‌شوند که در تکنولوژی های پیشرفته می‌توانند جایگزین ترکیباتی مثل فلزات و سرامیک ها گردند6-70-9-62] [.

 

2-7 رفتار خوردگی پوشش­های فلزی فوق­آبگریز…………………………………………………. 15

 

2-8 رسوب­دهی الکتریکی نیکل………………………………………………………………… 17

 

2-9 کاربرد پوشش­های نیکل و آلیاژهای آن……………………………………………………………. 18

 

2-9-1 کاربرد­های تزئینی…………………………………………………………………………… 18

 

2-9-2 کاربردهای عاملی…………………………………………………………………………………. 18            

 

2-9-3 کاربردهای الکتروفورمینگ………………………………………………………………….. 18

 

2-10 پوشش­دهی الکتریکی…………………………………………………………………………… 19

 

2-11 محلول­های پوشش­دهی نیکل……………………………………………………………….. 19

 

2-11-1 محلول­های واتز…………………………………………………………………… 19            

 

2-11-2 محلول­های سولفامات………………………………………………………………. 20

 

2-11-3 محلول­های کلرید………………………………………………………………………………. 20

 

2-11-4 محلول­های سولفاته…………………………………………………………………. 21

 

2-12 رسوب الکترولیتی فلز…………………………………………………………………… 21

 

2-12-1 رسوب­دهی الکتریکی با جریان مستقیم………………………………………………….. 21

 

2-12-2 پوشش­دهی پالسی………………………………………………………………….. 21

 

2-12-3 رسوب­دهی فلز القا شده با لیزر………………………………………….. 21

 

2-13 مکانیسم رسوب­دهی الکتریکی نیکل……………………………………………. 22

 

2-14 تاثیر پارامترهای الکتروشیمیایی بر خواص رسوبات الکتریکی…………………………………. 23

 

2-14-1 افزودنی­های حمام­های رسوب­دهی الکتریکی………………………………………………. 24

 

2-14-2 اثرات سطح زیرلایه…………………………………………………………………………… 26

 

2-14-3 پارامترهای موثر دیگر روی مورفولوژی رسوبات الکتریکی………………………………. 27

 

2-15 رفتار الکتروشیمی و خوردگی نیکل…………………………………………………… 27

 

2-16 جمع بندی………………………………………………………………………….. 34

 

فصل سوم: مواد و روش­ها

 

3-1 زیرلایه مورد استفاده……………………………………………………………………….. 35

 

3-2 آماده­سازی سطح نمونه………………………………………………………………. 35

 

3-3 حمام پوشش­دهی………………………………………………………………………….. 36

 

3-4 عملیات پوشش­دهی……………………………………………………………….. 36

 

3-5 مطالعات مورفولوژی………………………………………………………………. 36

 

3-6 اندازه­گیری ضخامت پوشش………………………………………………………. 37

 

3-7 بررسی توپوگرافی……………………………………………………………………….. 37

 

3-8 مطالعات بافت پوشش­های ایجاد شده…………………………………………….. 37

 

3-9 اندازه گیری زاویه تماس پوشش­ها با آب……………………………………….. 37

 

3-10 مطالعات الکتروشیمیایی……………………………………………………………….. 37

 

3-11 مطالعات خوردگی الکتروشیمیایی………………………………………………. 38

 

3-11-1 پلاریزاسیون پتانسیودینامیک………………………………………………………… 38

 

3-11-2 طیف­سنجی امپدانس الکتروشیمیایی………………………………………….. 38

 

فصل چهارم: بحث و تحلیل یافته­ها

 

4-1 اثرات الکتروشیمیایی آمونیوم کلرید بر مکانیسم رسوب­دهی الکتریکی نیکل…………… 39

 

4-1-1 آزمون ولتامتری چرخه‌ای………………………………………………….. 40

 

4-1-2 آزمون طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی…………………………….. 41

 

4-2 تأثیر غلظت آمونیوم کلرید روی مورفولوژی پوشش‌ها…………………………. 43

 

4-3 اثر آمونیوم کلرید روی بافت نسبی پوشش­ها………………………………. 47

 

4-4 رفتار ترشوندگی پوشش­های نیکل تهیه شده از حمام حاوی آمونیوم کلرید………………… 48

 

4-5 مقاومت به خوردگی پوشش­های نیکل تهیه شده از حمام­های پوشش­دهی حاوی آمونیوم کلرید……….. 50

 

4-5-1 پلاریزاسیون پتانسیودینامیک………………………………………… 50

 

4-6 طیف­سنجی امپدانس الکتروشیمیایی…………………………. 52

 

4-7 عملکرد طولانی مدت پوشش­های نیکل حاصل از حمام حاوی آمونیوم کلرید در محلول خورنده……….. 55

 

4-8 تأثیر غلظت آمونیوم کلرید روی مورفولوژی پوشش‌های نیکل…………………….. 60

 

4-9 رفتار ترشوندگی پوشش­های نیکل تهیه شده از حمام حاوی اتیلن­دی­آمونیوم دی­کلرید……………… 62

 

4-10 رفتار خوردگی پوشش نیکل رسوب داده شده از حمام پوشش­دهی حاوی اتیلن­دی­آمونیوم دی­کلرید……………… 63

 

فصل پنجم: نتیجه­گیری و پیشنهادات

 

5-1 نتیجه­گیری………………………………………………………… 67

 

 

5-2 پیشنهادات………………………………………………………….. 68

 

منابع و مراجع…………………………………………….. 69

 

چکیده

 

پوشش­های نیکل از حمام­های کلریدی حاوی مقادیر مختلف آمونیوم کلرید با روش رسوب­دهی الکتریکی دو مرحله­ای و بدون وقفه تهیه شدند. مورفولوژی، توپوگرافی و بافت پوشش­ها به ترتیب با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، پروفیلومتر کانفوکال و پراش­سنج اشعه ایکس (XRD) مطالعه شدند. تصاویر SEM نشان داد که پوشش حاصل از حمام پوشش­دهی فاقدآمونیوم کلرید دارای ساختار­های میکرو مخروطی هستند. افزودن آمونیوم کلرید به حمام پوشش­دهی باعث تشکیل ساختار­های مخروطی متقارن­تر، تیز تر و ظریف­تری شد و همچنین در حضور g. L^-1 200 آمونیوم کلرید، ساختار میکرو- نانو مخروطی یکنواخت­تری به دست آمد. تشکیل ساختار­های میکرو- نانو مخروطی شکل به وسیله تئوری “رشد توسط نابجایی­های پیچی” تحلیل شد. آنالیز XRD نشان داد که آمونیوم کلرید سبب تغییر جهت­گیری مرجح صفحات کریستالی پوشش از (220) به (111) می­شود. نقش آمونیوم کلرید با روش­های ولتامتری چرخه­ای و طیف­سنجی امپدانس الکتروشیمیایی مطالعه شد. نتایج نشان داد که آمونیوم کلرید با تشکیل کمپلکس­های نیکل- آمونیاک باعث افزایش مقاومت انتقال بار در فرایند رسوب­دهی الکتریکی نیکل می­شود و بنابراین از جوانه­زنی رسوبات نیکل ممانعت می­کند. ترشوندگی پوشش­های نیکل با اندازه­گیری زاویه تماس آن­ها با آب بررسی شد و مشاهده شد که پوشش­های تازه تهیه شده رفتار فوق­آبدوست دارند و با نگهداری آن­ها در هوا، زاویه تماس به طور تدریجی افزایش می­یابد و نهایتا بعد از 2 هفته نگهداری در هوا، پوشش­ها فوق­آبگریز می­شوند. افزایش زاویه تماس در طول مدت نگهداری در هوا به جذب مواد آلی روی سطح پوشش­ها نسبت داده شد. زبری متوسط پوشش تهیه شده از حمام حاوی g. L^-1 200 آمونیوم کلرید بیشتر از پوشش­های دیگر بود، بنابراین طبق مدل ونزل این پوشش فوق­آبگریز تر از پوشش­های دیگر شد. مقاومت به خوردگی پوشش­ها با آزمون طیف­سنجی امپدانس الکتروشیمیایی به صورت غوطه­وری مدت­دار در محلول 5/3%  وزنی سدیم کلرید بررسی شد. نتایج نشان داد که خاصیت فوق­آبگریزی باعث افزایش به طور میانگین 12 برابری مقاومت پلاریزاسیون پوشش­ها می­شود. با افزایش زمان غوطه­وری مقاومت پلاریزاسیون به طور تدریجی کاهش یافت که ناشی از کاهش خاصیت آبگریزی بود. بعد از حذف خاصیت آبگریزی، مقاومت پلاریزاسیون تمامی پوشش­ها شروع به افزایش چشمگیری کرد. این افزایش ناشی از تشکیل فیلم رویین در سطح پوشش­ها در اثر خوردگی در محلول خورنده بود. برای مطالعه دقیق­تر اثر اصلاح کننده کریستال، پوشش­های نیکل در حضور افزودنی دیگری با نام اتیلن­دی­آمونیوم دی­کلرید با فرایند رسوب­دهی الکتریکی دو مرحله­ای تهیه شدند. تصاویر SEM نشان داد که پوشش­های نیکل حاصل، فاقد ساختار میکرو- نانو مخروطی مطلوب می­باشند. زبری پوشش­های تهیه شده کمتر از پوشش­های تهیه شده از حمام­های آمونیوم کلریدی بود، بنابراین با نگهداری در هوا پوشش­ها صرفاً آبگریز شدند. بررسی مقاومت به خوردگی این پوشش­ها نشان داد که خاصیت آبگریزی برخلاف فوق­آبگریزی اثر چندانی روی مقاومت به خوردگی ندارد. مقاومت پلاریزاسیون این پوشش­ها نیز با افزایش زمان غوطه­وری افزایش یافت اما میزان افزایش آن کمتر از میزان مشاهده شده در پوشش­های حاصل از حمام آمونیوم کلرید بود. نتایج شبیه­سازی داده­های امپدانس نشان داد که تجمع محصولات خوردگی و پلاگ شدن سطح باعث بهبود مقاومت به خوردگی شده است.

 

کلمات کلیدی: فوق­آبگریزی، نیکل، رسوب­دهی الکتریکی، آمونیوم کلرید، اتیلن­دی­آمونیوم دی­کلرید.

 

1.      فصل اول
مقدمه

 

امروزه سطوح فوق­آبگریز با زاویه تماس بزرگ با آب (بزرگتر از °150) به علت ویژگی­های منحصر به فردشان همچون خواص دفع آب، ضد رسوب، مقاومت بالا به خوردگی و خودتمیز شوندگی علاقه روز افزونی را به خود جلب کرده­اند. محققان تلاش کرده­اند که ویژگی­های سطوح طبیعی با خاصیت آب­گریزی را تقلید کنند که از جمله این سطوح، برگ نیلوفر آبی[1] است. لازمه فوق آب­گریز بودن یک سطح، انرژی سطحی پایین و پیروی از الگوی زبری خاص در ابعاد میکرو و نانومتر است. دو مدل مشهور برای توصیف ترشوندگی سطوح، مدل ونزل[2] و مدل کاسی- باکستر[3] است. روش­های متنوعی برای ایجاد زبری و تولید سطوح­ فوق­آبگریز بکار رفته است که از جمله می­توان به اچ­کردن پلاسما، لیتوگرافی، اکسیداسیون آندی، سل ژل و رسوب­دهی الکتریکی اشاره نمود. اغلب روش­های مذکور پرهزینه هستند و به دلیل عملیات شیمیایی دشوار و فرایندهای چند مرحله­ای پیچیده به سادگی قابل استفاده در مقیاس­های صنعتی نمی باشند. در مقابل رسوب­دهی الکتریکی مزایایی نظیر آسان بودن، هزینه کم و شرایط کاری قابل کنترل برای تولید انبوه دارد. در سال­های اخیر، تحقیقات وسیعی روی ساخت سطوح فوق­آبگریز فلزی به روش رسوب­دهی الکتریکی صورت گرفته است. محققین مشاهده کردند که برای فوق­آبگریز شدن پوشش، مورفولوژی پوشش باید به صورت ساختار سلسله مراتبی میکرو- نانو باشد. همچنین مشخص شد که مورفولوژی سطوح به شدت به شرایط پوشش­دهی از جمله چگالی جریان، مدت زمان الکترولیز، pH ، دما و ترکیب حمام پوشش­دهی بستگی دارد. برای ایجاد ساختار سلسله مراتبی مناسب به افزودن ترکیبات معینی به حمام پوشش­دهی نیاز است که این افزودنی­ها، اصلاح کننده کریستال نامیده می­شود. برای تهیه پوشش­های نیکل با مورفولوژی سلسله مراتبی اغلب از اتیلن­دی­آمونیوم دی­کلرید و به ندرت از آمونیوم کلرید استفاده شده است. تحقیقات انجام شده روی اثر اتیلن­دی­آمونیوم دی­کلرید نشان می­دهد که غلظت افزودنی روی مورفولوژی پوشش تاثیر قابل ملاحظه­ای دارد. مکانیسم افزودنی­های مذکور در فرایند رسوب­دهی الکتریکی مشخص نشده است و در تعداد کمی از تحقیقات تئوری­های رشد برای تشکیل ساختارهای سلسله مراتبی پیشنهاد شده است. انرژی سطحی کم پارامتر مهم دیگر برای ایجاد خاصیت فوق­آبگریزی است. عموماً سطوح فلزی با انرژی سطحی بالا به طور ذاتی آب دوست می­باشند، بنابراین برای ایجاد خاصیت فوق­آبگریزی روی فلزات نیاز به اصلاح سطح با مواد دارای انرژی سطحی کم است. بدین منظور در بیشتر موارد از مواد آلی کاهنده انرژی سطحی استفاده می­شود. در تحقیقات اخیر مشاهده شده است که پوشش­ها با مورفولوژی زبر مناسب با نگهداری در هوا فوق­آبگریز می­شوند. محققین مکانیسم­های متعددی برای این رخداد پیشنهاد کردند و توافقی در مورد مکانیسم افزایش زاویه تماس با زمان وجود ندارد.

 

با توجه به اینکه نقش اصلاح کننده کریستال در فرایند رسوب­دهی الکتریکی و ایجاد ساختار سلسله مراتبی مشخص نیست و پژوهش­های انتشار یافته­ای در این زمینه وجود ندارد، هدف از این تحقیق بررسی مکانیسم اصلاح کننده کریستال در فرایند رسوب­دهی الکتریکی می­باشد. همچنین تاثیر مقادیر مختلف اصلاح کننده کریستال روی میکروساختار از جمله مورفولوژی، توپوگرافی و بافت ، رفتار ترشوندگی و مقاومت به خوردگی پوشش­های نیکل بررسی می­شود.

 

این پایان نامه در پنج فصل تنظیم شده است. ابتدا در فصل دوم این پایان نامه مروری بر منابع صورت گرفته سپس در فصل سوم چگونگی انجام آزمون­ها و مواد و روش تحقیق آورده شده است. نتایج به دست آمده در فصل چهارم مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتند و نهایتاً در فصل پنجم نتیجه­گیری و پیشنهادات ارائه شده است.

 

2.      فصل دوم
مروری بر منابع

 

2-1         معرفی و تاریخچه

 

بیش از 2000 سال پیش مشاهده شد که برخی از گیاهان دارای خاصیت خود­تمیز­شوندگی می باشند که به عنوان عامل نجات­بخش گیاه در محیط­های آلوده عمل می­کند. نیلوفر آبی، نمونه معروفی از این نوع گیاهان می­باشدکه معمولا در مرداب­ها و آب­های سطحی در شرق آسیا وشرق آمریکای شمالی رشد می­کند. مکانیسم ظهور این خاصیت به صورت راز باقی ماند تا زمانی که پیشرفت میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) در اواسط دهه 1960 میلادی صورت گرفت. مطالعات روی اکثر برگ­های گیاهان طبیعی در طول دهه گذشته آشکار کرد که سطح صاف ماکروسکوپی معمولا از زبری­های میکروسکوپی با مقیاس­های طولی مختلف تشکیل شده است و ساختار میکرو– نانوی سطح به همراه واکس اپیکیوتیکیولار باعث آبگریزی می­شود. این کشف به عنوان یک پیشرفت بزرگ در زمینه فوق­آبگریزی برای ساخت این سطوح به تقلید از طبیعت در نظر گرفته می­شود. علاوه­بر­این در سال 2007 میلادی به دو نوع میکرو ساختار سطحی عمده در برگ­های گیاهان با خاصیت فوق­آبگریزی پی برده شد که یکی ساختار سلسله مراتبی میکرو– نانو و دیگری ساختار میکرو الیاف است. این یک کشف حیاتی بود و به عنوان نقطه آغازی برای توسعه روش­های ساخت سطوح فوق­آبگریز به تقلید از سطوح فوق­آبگریز طبیعی محسوب می­شود. شکل ‏2‑1، الف و ب به ترتیب تصاویر SEM برگ نیلوفر­آبی با بزرگنمایی کم و زیاد است. همان­طور که مشاهده می­شود سطح برگ نیلوفر­آبی به طور یکنواخت با برآمدگی­ها و فرورفتگی­های 3- 10 میکرومتری بافت­دار شده است و این ساختار با مواد مومی آبگریز به اندازه 30- 100 نانومتری آراسته شده است. اعتقاد بر­این است که مشارکت این سلسله ساختار سطحی و مواد موم- مانند آبگریز دلیلی بر فوق­آبگریزی، یعنی زاویه تماسی حدود °162 می­باشد [1].

 

 

 

 

 

۲-٣-٢- شاخص گیونی.. ٣٨

 

فصل سوم: ویژگی های عمومی منطقه

 

٣- ۱ – موقعیت و وسعت منطقه مورد مطالعه. ۴٢

 

٣-٢- ویژگی های ژئومورفولوژی (توپوگرافی) گنبد. ۴۴

 

٣ -٣- ویژگی های زمین شناسی گنبد. ۴۵

 

٣- ۴ – پوشش گیاهی.. ۴٧

 

٣ -۵ – آب و هوا (اقلیم) ۴٨

 

٣ – ۵– ۱- بررسی وضعیت دمایی ایستگاه گنبد. ۴٩

 

٣- ۵- ۲- متوسط حداقل و حداکثر دما ۴٩

 

٣ – ۵ -٣- متوسط دمای روزانه. ۵۱

 

٣ – ۵- ۴ – متوسط حداکثر و حداقل مطلق دما ۵٣

 

٣ – ۵- ۵ – یخبندان. ۵۵

 

٣ – ۵- ٦- بررسی وضعیت بارش در ایستگاه گنبد کاووس… ۵٧

 

٣- ۵- ٧ – حداکثر بارش های ۲۴ ساعته گنبد. ٦۱

 

٣- ۵ – ٨- بررسی رطوبت نسبی ایستگاه گنبد. ٦٣

 

٣- ۵- ٩ – متوسط رطوبت نسبی حداکثر و حداقل در گنبد. ٦٦

 

٣-۵-۱۰- بررسی وضعیت تابش ٧۰

 

٣-۵-۱۱-  بررسی وضعیت باد در ایستگاه گنبد. ٧۴

 

٣-٦- طبقه بندی اقلیمی گنبد. ٨۴

 

٣-٦-۱- تعیین اقلیم منطقه به روش کوپن.. ٨۴

 

٣-٦-٢- تعیین اقلیم منطقه به روش دومارتن.. ٨۵

 

فصل چهارم: ویژگی های بیوکلیمایی گنبد (روش تحقیق)

 

۴ – ۱- مقدمه. ٨٧

 

۴- ٢- ارزیابی بیوکلیمای انسانی.. ٨٧

 

۴-٢-۱- شاخص پن واردن. ٨٧

 

۴-٢-۲- شاخص الگی.. ٩۱

 

۴-٣- نیازهای حرارتی فضاهای آزاد گنبد. ٩٣

 

۴ – ۴ – ارزیابی بیوکلیمای ساختمان …..     ٩٦ 

 

۴-۴-۱- شاخص ماهانی.. ٩٦

 

۴-۴-٢- شاخص گیونی.. ۱۰۴

 

فصل پنجم: ویژگی های سکونتگاهی منطقه

 

۵-۱- مقدمه. ۱۰٧

 

۵-٢- گونه شناسی مسکن در گنبد. ۱۰٧

 

۵-٢-۱- مساکن قدیمی.. ۱۰٧

 

۵-٢-٢- مساکن نیمه قدیمی.. ۱۰٨

 

۵-٢-٣- مساکن جدید. ۱۰٨

 

۵-٣- بررسی نمونه هایی از بناهای قدیمی و جدید. ۱۰٨

 

۴-۵- نتیجه گیری.. ۱٢۰

 

فصل ششم: نتیجه گیری و پیشنهادات

 

٦-۱- مقدمه. ۱٢٣

 

٦-٢- فرم کالبدی ساختمان. ۱٢٣

 

٦-٣- بافت مجموعه های ساختمانی.. ۱٢۴

 

٦-۴- الگوی اشغال زمین.. ۱٢۴

 

٦-۵- جهت استقرار ساختمان. ۱٢٩

 

٦-۵-۱- جهت استقرار ساختمان و تابش آفتاب.. ۱٣۰

 

٦-۵-٢- جهت استقرار ساختمان در رابطه با تاثیر باد. ۱٣٣

 

٦-٦- طراحی اقلیمی پنجره ها ۱٣۴

 

٦-٧- مصالح ساختمانی مناسب با اقلیم منطقه. ۱٣۴

 

آزمون فرضیات .  . .۱٣٦

 

منابع و ماخذ . . .۱۴۰

 

چکیده انگلیسی (Abstract) . . . . .۱۴٣ 

 

۱-۱- مقدمه

 

اقلیم به عنوان یکی از عوامل موثر در طراحی معماری همواره مورد توجه طراحان بوده و در گذشته دور نقش مهمی در معماری ساختمان ها داشت. در دوران مدرن تکنولوژی و صنعت روند استفاده از اقلیم را در معماری کند نمود، امروزه با آلودگی های به وجود آمده و شرایط و مشکلات اقتصادی که در مورد استفاده از انرژی به وجود آمده است، باید به فکر کاهش مصرف سوخت های فسیلی در ساختمان بود. بنابراین توجه به اقلیم در همه ابعاد، خصوصا در معماری ساختمان ها امری بدیهی است

 

. لذا اولین قدم جهت معماری صحیح شناخت عوامل و عناصر اقلیمی می باشد. آب و هوا یکی از عناصر تاثیر گذار بر زندگی انسانهاست و مطالعه ویژگی های آب و هوا به عنوان یکی از اجزای اثر گذار طبیعت در زندگی انسان ضرورت دارد. در برنامه ریزی های معماری، یکی از مطالعات ضروری، مطالعات اقلیمی می باشد. برای بهبود راحتی و آسایش شهروندان، معماری باید با آگاهی از شرایط آب و هوایی منطقه طراحی شود. معماری و طراحی ساختمان همساز با اقلیم عبارت است از: نگهداری وضعیت میکروکلیماهای مسکن در محدوده آسایش. اما از زمانی که به دلیل پیشرفت های صنعتی امکان استفاده از تجهیزات مکانیکی برای سرمایش و گرمایش ساختمانها فراهم شد، معماری ایران نیز دچار تحول گردید و از حدود ۵۰ سال پیش در طراحی و اجرای ساختمانها به مسائل اقلیمی کمتر توجه شد. با شروع بحران انرژی در دنیا، در ایران نیز از حدود ٢۰ سال پیش لزوم توجه به مسائل اقلیمی در ساخت و ساز بناها مجددا مطرح گردید.

 

روشهایی که امروزه برای تحلیل وضیعت اقلیمی و تعیین ضوابط معماری همساز با اقلیم مورد استفاده قرار می گیرند توسط افرادی چون پن واردن، گیونی، ماهانی و… ارائه شده که غالبا متکی به آمار هواشناسی است اما در همه جای نقاط کشور ایستگاه هواشناسی موجود نمی باشد. در هر صورت ساختمانی که با محیط طبیعی خود هماهنگ یا به اصطلاح همسازی اقلیمی داشته باشد در بسیاری از مناطق کشور می تواند بدون نیاز به مصرف سوخت فسیلی و استفاده از وسایل کنترل مکانیکی، شرایط حرارتی مناسبی را در تمام طول سال به ساکنان خود عرضه نماید که تغییرات دما، رطوبت، جریان هوا و تغییر مداوم روشنایی فضاهای چنین ساختمانهایی محیط مطبوع و دلپذیری را در طول فصلهای سال برای ساکنان این ساختمانها فراهم می سازد، از نظر کنترل فضاهای داخل ساختمان، اولین گام در استفاده از انرژی های طبیعی، هماهنگ سازی ساختمان و به طور کلی محیط مسکونی، با شرایط اقلیم حاکم بر آن است (کسمایی، ۱٣٦٨). این هماهنگ سازی به دلایل زیر در حیطه کار جغرافیدانان قرار می گیرد:

 

۱ – اطلاعات اقلیمی مورد نیاز، اطلاعاتی است که اقلیم شناسان با آن آشنایی و سرو کار دارند.

 

٢ – اکثر محاسبات مورد نیاز همچون زاویه تابش، موقعیت خورشید و. . . در حیطه جغرافیای ریاضی است.

 

٣ – فرآیندهای طراحی ساختمانها حداقل از نظر مکانیابی در حیطه کار اقلیم شناسان قرار دارد.

 

۱ – ٢ – طرح مساله

 

موقیعت جغرافیایی و گردش عمومی جو هر منطقه تعیین کننده شرایط اقلیمی آن منطقه می باشد که این شرایط در طول زمان تثبیت شده و سبب می شود هر منطقه شرایط اقلیمی خاص خود را داشته باشد. تاثیر عناصر اقلیمی (دما، بارش، باد، تابش و رطوبت) بر ساختمان یکی از مقوله های کاربردی اقلیم است که در چند دهه اخیر مد نظر طراحان ساختمان قرار گرفته است، امروزه اهمیت و ضرورت توجه به شرایط اقلیمی در طراحی و ساخت کلیه ساختمانها، ثابت شده است. توجه به خصوصیات اقلیمی و تاثیری که در شکل گیری ساختمان می گذارند از دو جهت حائز اهمیت است: از یک سو ساختمانهای هماهنگ با اقلیم، یا ساختمانهای با طراحی اقلیمی، از نظر آسایش حرارتی انسان کیفیت بهتری دارند. از سوی دیگر هماهنگی ساختمان با شرایط اقلیمی موجب صرفه جویی در مصرف سوخت مورد نیاز جهت کنترل شرایط محیطی این گونه ساختمانها می شود. این بخش از هوا شناسی امروزه با توجه به عمر رو به زوال منابع انرژی فسیلی و گرانی انرژی در دنیا اهمیت زیادی یافته است و طراحان ساختمان با کمک اقلیم شناسان از حداکثر امکانات بالقوه اقلیمی هر منطقه جهت استفاده بهینه از منابع انرژی بهره می برند. یکی از عناصر اقلیمی بسیار مهم که در طراحی ساختمان باید به آن توجه کافی شود تابش آفتاب و تاثیر آن بر ساختمان می باشد نور خورشید همیشه برای ایجاد روشنایی طبیعی در ساختمان لازم است ولی از آن جا که این نور در نهایت به حرارت تبدیل می شود میزان تابش مورد نیاز برای هر ساختمان باید با توجه به نوع آن و شرایط اقلیمی محل آن با معماری صحیح تنظیم شود. جهت استقرار ساختمان در رابطه با تاثیر باد نیز  مهم می باشد که در اینجا بیشتر به باد های غالب توجه می شود که با توجه به جهت وزش باد ساختمان چگونه طراحی شود اقلیم معماری در تلاش است در هر منطقه با توجه به کاهش منابع تجدید نشدنی (نفت، گاز و . . .) نوع معماری را معرفی کند که از یک طرف استفاده از سوختهای فسیلی را به حداقل ممکن برساند و از طرف دیگر معماری متناسب با سازگاری اقلیمی را به همراه داشته باشد به همین دلیل اقلیم شناسان سعی دارند که از حداکثر امکانات بالقوه اقلیمی هر منطقه جهت استفاده بهینه از منابع انرژی بهره ببرند. در این تحقیق به بررسی الگوی بافت قدیم و جدید گنبد جهت بررسی میزان انطباق الگوهای مختلف معماری (قدیم و جدید) با شرایط اقلیمی خواهیم پرداخت، مساکن قدیمی بیشتر از از مصالح سنتی و بومی استفاده می کرده اند در صورتیکه مساکن جدید از آهن، سیمان، آجر و روش های جدید ساختمان سازی استفاده می کنند.

 

در این پژوهش سعی خواهد شد مناسب ترین الگوی معماری برای شهر گنبد براساس شاخص های اقلیمی مورد استفاده در تحقیق معرفی شود و در نهایت میزان انطباق معماری گذشته و معماری جدید با الگوهای مطلوب تحلیل گردد و همچنین ارائه راهکارهایی برای آسایش شهری در آینده در جهت پیشبرد استانداردهای معماری شهری گام نهاد و نتایج آن مورد استفاده ساکنین شهر و به لحاظ موضوعیت می تواند در اقتصاد منطقه، برنامه ریزی مدیران شهرداری، اداره مسکن و شهرسازی و. . .  قرار گیرد.

 

۱ – ٣ – سوالات تحقیق

 

۱ – چه الگوی معماری متناسب با اقلیم در شهرستان گنبد می باشد؟

 

٢ – اولویت طراحی معماری اقلیمی در شهرستان گنبد با کدام فصل است؟

 

۱ – ۴ – فرضیات

 

این تحقیق بر اساس پش فرض های زیر شکل گرفته است.

 

۱ – تیپولوژی معماری بافت قدیم شهر نسبت به بافت جدید شهر انطباق بیشتری با شرایط اقلیمی دارد.

 

٢ – در طراحی معماری اقلیمی اولویت با شرایط تابستان است.

 

۱ – ۵ – اهداف

 

1-4- مدل های تجربی ایجاد دیابت …………………………………………………. 11

 

1-5- استرپتوزوتوسین …………………………………………………………………….12

 

1-5-1- ترکیب و ساختار شیمیایی استرپتوزوتوسین ……………………………12

 

1-5-2- مكانیسم اثر استرپتوزوسین ……………………………………………………13

 

1-6- دیابت و عوارض آن ………………………………………………………………14

 

1-6-1- عوارض حاد ……………………………………………………………………14

 

1-6-1-1- کتواسیدوز دیابتی …………………………………………………………14

 

1-6-1-2- سندروم هایپراسمولار غیرکتونی ……………………………………………. 15

 

1-6-2- عوارض مزمن…………………………………………………………………..16

 

1-6-2-1- عوارض میکروواسکولار ………………………………………………. 16

 

1-6-2-1-1- رتینوپاتی …………………………………………………………………….. 16

 

1-6-2-1-2- نفروپاتی……………………………………………………………………….17

 

1-6-2-1-3- نوروپاتی……………………………………………………………………..18

 

1-6-2-2- عوارض ماکروواسکولار ………………………………………………… 18

 

1-7- کبد ………………………………………………………………………………………. 18

 

1-7-1- تست های عملکردی کبدی …………………………………………….. 19

 

1-7-1-1- موارد استفاده از تست های آسیب کبدی LFTs   ……………………. 19

 

1-7-1-2- محدودیت های LFTs …………………………………………………….. 19

 

1-7-1-3- دسته بندی تست های عملکرد کبد …………………………… 20

 

1-8- آلانین آمینوترانس……………………………………………………………. 20

 

 1-9- آسپارتات ترانس آمیناز  …………………………………………………………… 21

 

1-9-1- عوامل تداخل کننده در اندازه گیریALT و AST …………………. 21

 

1-10- آلکالن فسفاتازALP ………………………………………………………. 22

 

1-11- درمان گیاهی دیابت …………………………………………… 23

 

1-11-1- چای سبز ………………………………………………………… 23

 

1-11-1-1- ترکیب شیمیایی و خواص دارویی چای سبز …………………. 23

 

1-11-1-2- مکانیسم اثر چای سبز ……………………………………. 24

 

1-12- شنبلیله ………………………………………………………. 24

 

1-12-1- خواص دارویی شنبلیله ……………………………. 25

 

1-12-2- مکانیسم اثر شنبلیله ………………………………… 25

 

1-13-  کلپوره ……………………………………………………. 26

 

1-13-1- ترکیب شیمیایی و خواص دارویی کلپوره ……………….. 26

 

1-13-2- مکانیسم اثر کلپوره ……………………………………… 26

 

1-14- موسیر‎  …………………………………………………. 27

 

1-14-1-  طبقه‌بندی علمی …………………… 27

 

1-14-2- خواص دارویی موسیر ………………………………….. 29

 

1-15- بافت پانکراس ……………………………………………….. 30

 

1-15-1- سلول های آلفا ………………………………………….. 31

 

1-15-2- سلول های بتا ………………………………………. 31

 

1-15-3- سلول های دلتا ………………………………………………. 31

 

1-15-4- سلول های C …………………………………………………………….. 31

 

1-15-5- سلول های F ………………………………………………… 31

 

1-16- هورمون های تولید شده در بخش درون ریز ……………….. 32

 

1-16-1- انسولین …………………………………………………………… 32

 

1-16-1-1- ساختمان شیمیایی انسولین ……………………………………….. 33

 

1-17- کلیه …………………………………………………………………………. 34

 

1-17-1- ساختمان کلیه ………………………………………………………….. 34

 

1-17-1-1-  کورتکس ………………………………………………………………. 35

 

1-17-1-2-  مدولا …………………………………………………………….. 35

 

1-17-1-3- نفرون ………………………………………………………… 35

 

فصل دوم: مواد و روش ها

 

2-1- وسایل و مواد مورد استفاده در آزمایش های بیوشمیایی و پاتولوژی …………………………. 38

 

2-2 حیوانات مورد آزمایش و محل نگهداری آنها ……………………………………….39

 

 

2-3- عصاره گیری ………………………………………………………………… 40

 

2-4 طرح آزمایش و نمونه گیری ……………………………………………… 40

 

2-5- خون گیری و اندازه گیری برخی فاکتورهای بیوشیمیایی …………… 41

 

2-5-1- اندازه گیری قند خون …………………………………………………… 41

 

2-6- مطالعات بافت شناسی ………………………………………………………41

 

2-6-1- پاساژ بافت ……………………………………………………………………. 41

 

2-6-1-1- ثابت کردن ………………………………………………………….. 41

 

2-6-1-2- آبگیری ………………………………………………….. 41

 

2-6-1-3- آغشتگی با پارافین ………………………………………………………. 42

 

2-6-1-4- قالب گیری ………………………………………………… 42

 

2-6-2- تهیه مقاطع بافتی …………………………………………………………42

 

2-6-2-1- برش گیری ……………………………………………………… 42

 

2-6-3- رنگ آمیزی ……………………………………………………………………… 43

 

2-6-3-1- رنگ آمیزی هماتوکسلین- ائوزین …………………………….. 43

 

2-6-4- چسباندن برش روی لام ………………………………………………….. 44

 

2-6-5-عکس برداری …………………………………………………………. 44

 

2-7- درجه بندی فاکتورهای مورد بررسی در نمونه ها ……………….. 45

 

2-8- روش انجام آنالیزهای آماری ……………………………………………… 45

 

فصل سوم: نتایج

 

3-1- نتایج حاصل از آزمایشات بیوشیمیایی …………………………………. 48

 

3-1-1- مقایسه وزن ……………………………………………………………. 48

 

3-1-2- مقایسه گلوکز ……………………………………………………… 50

 

3-1-3- مقایسه انسولین …………………………………………………. 54

 

3-1-3-1- جهت مقایسه انسولین در گروهها …………………………… 54

 

3-1-4- مقایسه ALT ……………………………………………. 57

 

3-1-5-مقایسه AST ……………………………………………………… 61

 

3-1-6- مقایسه ALP ………………………………………………….. 64

 

3-2- نتایج حاصل از مشاهدات پاتولوژیك …………………………………. 67

 

3-2-1- بافت پانکراس ……………………………………………………… 78

 

3-2-1-1 پارامتر پرخونی ……………………………………………….. 78

 

3-2-1-2 پارامتر كاهش تعداد جزایر ………………… 79

 

3-2-1-3 پارامتر فیبروز ……………………………………………………….. 79

 

3-2-1-4  پارامتر التهاب سلولهای انسولین ……………………………. 80

 

3-2-1-5  پارامتر نكروز سلولهای پانکراس ………………………….. 81

 

3-2-1-6  پارامتر واكوئلی شدن ……………………………. 81

 

3-2-1-7 پارامتر آتروفی………………………………………………. 82

 

3-2-2 بافت کبد …………………………………………………………. 83

 

3-2-2-1  پارامتر هایپرپلازی مجاری صفراوی ………………………… 83

 

3-2-2-2- پارامتر نكروز…………………………………………………. 83

 

3-2-2-3-  پارامتر واكوئلی شدن ………………………………………. 83

 

3-2-2-4- پارامتر آماس و تورم سلولی ………………………… 83

 

3-2-2-5- پارامتر پرخونی …………………………………………… 84

 

3-2-3- بافت کلیه …………………………………………………… 84

 

3-2-3-1- پارامتر کست سلولی …………………… 84

 

3-2-3-2-  پارامتر نکروز مجاری ………………………………….. 84

 

3-2-3-3-  پارامتر تخریب اپیتلیال مجاری …………………………………. 85

 

3-2-3-4- پارامتر خونریزی …………………………………………. 85

 

3-2-3-5- پارامتر پرخونی …………………………………….. 85

 

فصل چهارم: بحث، نتیجه گیری و پیشنهادها

 

 4-1-بحث و نتیجه گیری …………………………………………… 87

 

4-2- پیشنهادها ………………………………………………. 91

 

دیابت ملیتوس یک اختلال متابولیکی مزمن بوده که به عنوان مهمترین بیماری اندوکراین در جهان مطرح می باشد و سبب افزایش نرخ مرگ و میر شده است. کمبود و یا کاهش نسبی میزان انسولین در این بیماری با عوارض متابولیکی حاد و مزمن همراه است. هایپرگلیسمی ناشی از دیابت باعث تخریب و نقص ارگان های مختلف و آسیب های طولانی مدت می گردد .داروهای سنتتیک که به منظور پیشگیری و یا درمان دیابت استفاده می شوند همگی دارای عوارض جانبی متعددی هستند. با توجه به این عوارض زیاد و همچنین هزینه بالای این داروها، امروزه توجه محققان به یافتن ترکیبات طبیعی موثر افزایش یافته و مطالعات زیادی بر روی خواص درمانی گیاهان مختلف صورت گرفته است و گیاهان به عنوان عوامل طبیعی در درمان بسیاری از بیماری ها بخصوص دیابت مطرح شده اند.

 

گیاه موسیر (Allium hirtifolium boiss) گونه ای از خانواده بزرگ لاله سانان می باشد که از حدود 500 گونه مختلف شناخته شده تشكیل می شود. مهمترین گونه های این جنس شامل پیاز، تره فرنگی، پیاز كوهی، سیر و موسیر می باشند. از زمان های قدیم این گیاهان به عنوان چاشنی غذا و دارو مورد استفاده قرار میگرفتند. در ایران مسیر بیشتر به صورت ماست موسیر یا ترشی موسیر مصرف می شود.

 

به علت عوارض ناشی از این داروها و هزینه های بالای درمان، و همچنین یافتن گیاهی با اثرات ضد دیابتی به عنوان جایگزینی برای داروهای شیمیایی، در این مطالعه بر آن شدیم تا اثرات ضد دیابتی و کاهندگی گلوکز خون و تاثیر بر روی آنزیم های کبدی گیاه موسیر را مورد بررسی قرار دهیم. همچنین تاثیر این گیاه بر روی ضایعات احتمالی در بافت های کبد ، کلیه و پانکراس نیز مورد بررسی قرار گرفت.

 

کلیات

 

دیابت

 

1-1-2-   تاریخچه دیابت

 

اولین مدارک تاریخی درمورد بیماری دیابت به 1500 سال پیش از میلاد مسیح بازمی گردد که در لوحه ای در اهرام ثلاثه مصر توسط یک باستان شناس انگلیسی کشف شد. در لوحه، بیماری های مختلفی شرح داده شده است که یکی از آنها دیابت می باشد. این لوحه تمام علائم بیماری را به طور دقیق شرح داده و ذکر کرده است که این بیماران زیاد آب می نوشند، بیش از حد ادرار می کنند، آب بدنشان تحلیل می رود و طول عمر کوتاه تری نسبت به سایر افراد دارند. پس از این سند، قدیمی ترین نوشته ای که در مورد این بیماری وجود دارد مربوط به یونان است. آری تیاس[1] در قرن دوم میلادی نام این بیماری را دیابت گذاشت.

 

دیابت در زبان یونانی به معنی سیفون است یعنی آبی که از بالا می آید و از پایین خارج می شود که نشان دهنده مصرف زیاد آب و ادرار بیش از حد افراد دیابتی بود. پس از آن، دو دانشمند هندی با چشیدن ادرار دریافتند که ادرار مبتلایان به این بیماری شیرین است. این دو پزشک برای نخستین بار تشخیص دادند که بیماران دیابتی دو نوع هستند یک نوع چاقند و نوع دیگر لاغر. پس از پزشکان هندی، پزشکان چینی در مورد بیماری قند مطالعات زیادی انجام دادند و دریافتند که در افراد دیابتی، عفونت های پوستی بسیار شایع است. در تاریخ دیابت پس از پزشکان چینی، بیشترین تحقیقات متعلق به پزشکان ایرانی است. احمد خوینی بخاری در بخش های مختلف کتاب خود (الهدایه) به ویژه در فصول مربوط به کلیه و تشنگی در مورد این بیماری سخن به میان آورده است. ابوعلی سینا نیز در بخش های مختلف کتاب خود، قانون، به این بیماری اشاره کرده است. او نخستین کسی بود که در مورد دو عارضه بسیار مشهور دیابت یعنی ناتوانی های جنسی و گانگرن توضیح داده و استفاده از گیاهان مختلفی را برای کاستن شدت بیماری پیشنهاد کرده است. در قرن 16 میلادی، یک پزشک سوئیسی که برروی ادرار بیماران قندی کار می کرد پس از جوشاندن آن متوجه وجود ماده سفید رنگی در ادرار این افراد شد. در قرن 17 میلادی، توماس ویلیس[2] پزشک انگلیسی، با جوشاندن ادرار افراد دیابتی، متوجه شیرین بودن این ماده سفید شد و این حقیقت هزار ساله را که ادرار بیماران دیابتی شیرین است با انجام دوباره این آزمایش به اثبات رساند. در قرن 18، پزشک و فیلسوف انگلیسی به نام متیو دابسن[3]برای اولین بار شرح داد که علاوه بر ادرار، سرم بیماران یعنی خون آنها نیز شیرین است. در همین زمان جان روله[4] لغت ملیتوس[5] ، که در زبان یونانی به معنی عسل است را، به کلمه دیابت اضافه کرد و تا به امروز اسم این بیماری، دیابت ملیتوس[6]  یعنی دیابت شیرین نامگذاری شده است.

 

در اواخر قرن 18 توجه دانشمندان به این مساله معطوف شد که کدام بخش از بدن سبب این بیماری می شود. در قرن 19 توجه دانشمندان بعد از کلیه، به کبد معطوف شد. کلود برنارد[7] دانشمند مشهور فرانسوی، تحقیقات زیادی را در مورد نقش کبد در بیماری دیابت انجام داد. به دنبال این تحقیقات، دانشمندان متوجه شدند که کبد مرکز تجمع قند به شکل گلیکوژن است و در هنگام کمبود قند در بدن، نقش گلیکوژن برای تولید قند حائز اهمیت است. در نیمه قرن 19، توجه برخی دانشمندان به لوزالمعده یا پانکراس جلب شد. در اواخر قرن 19، اسکار مینکوسکی[8]و جوزف وان مرینگ[9]، با خارج کردن این غده از بدن سگ مشاهده کردند که حیوان زنده ماند و تمام علائم دیابت در آن ظاهر شد. از آن به بعد توجه دانشمندان به غده پانکراس معطوف شد. بعد از آن دانشمندان به دنبال ماده ای در این غده بودند که وجود یا عدم وجود آن سبب بیماری دیابت شود. تا اینکه دانشمند 22 ساله آلمانی به نام پال لانگرهانس[10] متوجه مجموعه سلول هایی در غده پانکراس شد. بعدها این مجموعه از سلول ها به نام جزایر لانگرهانس و ماده مترشحه از این سلولها، انسولین[11] خوانده شد(1).

 

تعریف دیابت:

 

 

•  

  • مقدمه:

 

دیابت شیرین نوعی اختلال متابولیک است که بدن در آن توانایی استفاده از قند و چربی را از دست می دهد. این بیماری به علت اختلال در ترشح انسولین و یا مقاومت به انسولین به وجود می آید و در هر دو حالت موجب افزایش گلوکز خون(هیپرگلایسمی) و دفع گلوکز در ادرار(گلیکوزوری) می شود. دیابت از زمان های خیلی پیش شناخته شده است. این بیماری با علائم مشخصی مانند پلی اوری(افزایش میزان ادرار)، پلی دیپسی[12] (تشنگی زیاد)، پلی فاژی[13] (اشتهای زیاد) و کاهش وزن همراه است(2).

 

دیابت یکی از مشکلات جدی دنیای امروزاست. براساس گزارش فدراسیون بین المللی دیابت ، 246 میلیون بیمار مبتلا به دیابت در سراسر دنیا وجود دارد. شیوع بیماری دیابت به سرعت درحال پیشرفت می باشد، به طوری که انتظار می رود شمار بیماران در سال 2025 به 380 میلیون نفر افزایش پیدا کند (3).

 

2-6-3- سایش خوردگی.. 34

 

فصل سوم: مواد و روش‫های آزمایش

 

3-1- آلیاژ مورداستفاده. 36

 

3-2- عملیات حرارتی نمونه‫ها 36

 

3-3- آزمون­ها 37

 

3-3-1- سختی­سنجی.. 37

 

3-3-2- سایش…. 38

 

3-3-3- متالوگرافی نمونه‫ها 38

 

3-3-4- فازیابی با استفاده از پراش پرتوی ایکس…. 39

 

فصل چهارم: نتایج و بحث

 

4-1- بررسی ریزساختاری.. 40

 

4-1-1- متالوگرافی.. 40

 

4-1-2- بررسی ریزساختار با اشعه‌ی ایکس…. 46

 

4-2- سختی سنجی.. 47

 

 

 

 

 

هشت

 

4-3- سایش…. 49

 

 

 

4-3-1- ضریب اصطکاک…. 49

 

4-3-2- بررسی سطوح سایش با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی.. 52

 

4-3-3- تغییرات نرخ سایش…. 59

 

فصل پنجم: نتیجه‫گیری و پیشنهادات

 

مراجع. 66

 

 

 

 

 

نه

 

چکیده

 

در این پژوهش تأثیر زمان عملیات زیر صفر بر رفتار سایشی فولاد 7147/1 (5120) موردمطالعه قرار گرفته است. جهت انجام عملیات کربوره کردن، نمونه­ها درون جعبه­هایی از فولاد نسوز با ترکیبی از پودر زغال، باریم کربنات و سدیم هیدروکسید به نسبت 1:1:50 قرار گرفت و به مدت 6 ساعت، در دمای C◦ 920 کربوره شد؛ سپس در داخل این جعبه در هوا تا دمای محیط خنک شدند. عملیات آستنیته کردن در دمایC◦ 930 به مدت 1 ساعت بر روی نمونه‌ها اعمال و در روغن کوئنچ شد. به‌منظور بررسی تأثیر زمان فرایند زیر صفر عمیق، نمونه‌ها به مدت‌زمان 1، 24، 30 و 48 ساعت در نیتروژن مایع در دمایC◦ 196- نگهداری شدند و سپس در دمای محیط در اتاق نگهداری شد. به‌منظور بهبود خواص فولاد و آزاد­سازی تنش­های داخلی ناشی از کوئنچ، نمونه­ها به مدت 2 ساعت در دمای C ◦ 200 در کوره‌ نگهداری شدند. نمونه­ها پس از آماده سازی سطحی، تحت آزمون­های مختلف قرار گرفتند. برای تعیین فازها از روش پراش پرتو ایکس استفاده شد؛ بدین منظور نمونه‌ها در ابعاد مناسب تهیه و با استفاده از نرم‌افزار Xpert فازهای موجود با استفاده از عناصر اولیه تعیین شد. آزمون سایش به روش گلوله روی دیسک با استفاده از گلوله­ای از جنس کاربید تنگستن بر نمونه‌های دیسکی با دو بار 80 و 110 نیوتون به مسافت 1000 متر در رطوبت هوای 5±30% و درجه حرارت C◦ 5±25 انجام شد. سختی نمونه‌ها به‌صورت ماکرو در مقیاس راکول سی اندازه‌گیری شد. اندازه‌گیری سختی نمونه‌ها قبل و بعد از بازگشت، با بار اعمالی 30 کیلوگرم انجام گردید. همچنین ریز سختی نمونه‌ها با استفاده از دستگاه ریز سختی سنجی و با نیروی g100 انجام گردید؛ سطوح سایش ابتدا توسط استون تمیز شده و با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی و میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) موردمطالعه قرار گرفت. محصولات سایش نیز توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی و طیف­سنجی تفکیک انرژی پرتو ایکس (EDS) مورد بررسی قرار گرفت. مطالعات پراش پرتو ایکس حاکی از کاهش در مقدار آستنیت باقیمانده در اثر اعمال عملیات زیر صفر بوده بگونه­ای که در زمان های بیش ازیک ساعت، پیک آستنیت باقیمانده مشاهده نشده­است. بررسی‌های میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی توزیع بهتر کاربیدها، ریز شدن و افزایش کسر حجمی کاربیدها را در عملیات زیرصفرعمیق نشان داد. بدین ترتیب عملیات زیر صفر عمیق منجر به افزایش در سختی در حد 4 تا 33% و تا 24 ساعت ، افزایش مقاومت سایشی تا %39/191 می­گردد. با افزایش بیش­تر زمان عملیات زیر صفر، مقاومت سایشی نمونه­ها کاهش یافته است؛ به­گونه­ای که در نمونه­ی 48 ساعت عملیات زیر صفر شده مقاومت سایشی کاهش یافته است. علت افزایش سختی نمونه­ها کاهش میزان آستنیت باقیمانده در اثر عملیات زیر صفر عمیق و دلیل کاهش مقاومت سایشی نمونه­ها پس از 24 ساعت، رشد کاربید­ها و توزیع غیریکنواخت آن در ساختار و در نتیجه ضعیف شدن زمینه بوده است؛ بنابراین مدت زمان 24 ساعت عملیات زیر صفر عمیق بر فولاد 7147/1 زمانی بهینه است.

 

کلمات کلیدی: عملیات زیر صفر عمیق، آستنیت باقیمانده، کاربید، مقاومت سایشی، سختی

 

 

 

 

 

 

در بسیاری از کاربرد‌‌‌‌های صنعتی نیاز به قطعاتی است که دارای سطحی سخت بوده و درعین‌حال از چقرمگی یا مقاومت به ضربه‌ی خوبی نیز برخوردار باشند. ازجمله مواردی که می‌‌توان در این رابطه به‌عنوان مثال به آن‌ها اشاره کرد عبارت‫اند از:میل‌لنگ، میل بادامک، چرخ‌دنده و قطعات مشابه. این قطعات باید سطحی بسیار سخت و مقاوم در برابر سایش داشته و همچنین بسیار چقرمه و مقاوم در برابر ضربه‌‌‌‌های وارده در حین کار باشند.

 

بسیاری از قطعات فولادی را می‌‌توان به نحوی عملیات حرارتی کرد که در پایان دارای مجموعه‌ای از خواص بالا باشند،‌یعنی درحالی‌که از مقاومت به سایش خوبی برخوردارند، دارای استحکام دینامیکی خوبی نیز باشند. این نوع عملیات حرارتی که اصطلاحا به سخت کردن سطحی موسوم‌اند، آخرین عملیاتی هستند که باید در مرحله­ی پایانی ساخت قطعه و پس‌ازانجام تمام مراحل مربوط به شکل‌دهی نظیر ماشین‌کاری انجام شود.

 

روش‌‌‌‌های مختلف عملیات حرارتی که به کمک آن‌ها می‌توان سطح قطعات را سخت کرد، عمدتاً به دو دسته تقسیم می‌شوند. دسته‌ی اول عملیاتی که منجر به تغییر در ترکیب شیمیایی سطح فولاد می‌‌شوند و به عملیات حرارتی­شیمیایی یا ترمو­شیمی موسوم‌اند، نظیر کربن‌دهی، نیتروژن­دهی و کربن نیتروژن­دهی. دسته‌ی دوم روش‌‌‌‌هایی که بدون تغییر ترکیب شیمیایی سطح و فقط به کمک عملیات حرارتی که در لایه‌ی سطحی متمرکز شده، انجام می­شوند و باعث سخت شدن سطح می‌گردند و به عملیات حرارتی موضعی موسوم‌اند، مانند سخت کردن شعله‌ای و سخت­کردن القایی. در آلیاژ‌‌‌‌های آهن–کربن و فولاد‌ها، مارتنزیت از سردکردن سریع آستنیت به وجود می‌آید. واژه­ی مارتنزیت که برای مدت‌‌‌‌ها فقط به ساختار سخت حاصل از سریع سرد کردن فولاد‌‌‌‌های کربنی اطلاق می­شود برای قدردانی از دانشمند معروف آلمانی به نام مارتنز است. در به­کار بردن واژه‌ی مارتنزیت، اخیراً به‌جای محصولات حاصل، تأکید بیش‌تر بر روی طبیعت دگرگونی گذاشته‌شده است. مارتنزیت فازی است که توسط یک دگرگونی مارتنزیتی ‌یا جابجایی گروهی

 

اتم‌‌‌‌ها حاصل می‌‌شود، گرچه ممکن است فاز یادشده‌، ترکیب شیمیایی، ساختار بلوری و خواص کاملاً متفاوتی از مارتنزیت در فولاد‌‌‌‌ها داشته باشد. دمایی را که در‌یک آلیاژ دگرگونی آستنیت به مارتنزیت شروع می‌‌شود، دمای شروع تشکیل مارتنزیت نامیده و آن را با M_s نشان می‌‌دهند. در حقیقت، M_s نشان دهنده‌ی مقدار نیروی محرکه‌ی ترمودینامیکی لازم برای شروع دگرگونی برشی آستنیت به مارتنزیت است. با افزایش درصد کربن، دمای M_s به‌طور قابل توجهی کاهش می‌یابد. در حقیقت کربن موجود به‌صورت محلول جامد، استحکام یا مقاومت برشی آستنیت را افزایش می­دهد و بنابراین با افزایش کربن نیرومحرکه‌ی بیش‌تری جهت شروع لغزش برای تشکیل مارتنزیت لازم است. این نیروی محرکه‌ی بیش‌تر، با سرد کردن فولاد تا دمایی پایین‌تر و یا به‌عبارت‌دیگر تحت تبرید بیش‌تر(M_s کمتر) به دست می‌‌آید. دمای پایان تشکیل مارتنزیت (M_f)‌یا دمایی که دگرگونی آستنیت به مارتنزیت در‌یک آلیاژ داده‌شده خاتمه می‌یابد نیز تابعی از درصد کربن آلیاژ است.

 

آستنیت باقیمانده فازی نرم بوده و در دمای پایین ناپایدار است؛ به‌گونه‌ای که در دمای پایین و در حین کار به مارتنزیت ترد تبدیل می‌‌شود. تبدیل آستنیت به مارتنزیت تقریباً 4% انبساط حجمی ایجاد می‌‌کند که منجر به اعوجاج قطعات می‌‌شود. بنابراین از عملیات زیر صفر یا بازگشت چندتایی در دمایی نسبتاً بالا و یا مدت‌زمان طولانی برای کمینه کردن میزان آستنیت باقیمانده در فولاد‌‌‌‌ها استفاده می‌‌شود.

 

دو نوع عملیات زیر صفر وجود دارد: 1) زیر صفر سطحی که در محدوده دمایی 100- تا C°60- انجام می­شود. این عملیات منجر به کاهش آستنیت باقیمانده و افزایش مقاومت سایشی می‌‌شود. 2) زیر صفر عمیق که در دما‌‌‌‌های زیر C°125- انجام می­شود.

 

اثرات زیر صفر‌ عمیق عبارت‌اند از:

 

 

1. تبدیل آستنیت باقیمانده به مارتنزیت

 

1. کاهش تنش­های پسماند

 

1. تشکیل کاربیدهای بسیار ریز که در بین کاربیدهای درشت قرار می‌‌گیرند

 

1. تشکیل ابرهای نابجایی در فصل مشترک زمینه‌ی مارتنزیتی و کاربید‌‌‌‌ها در طول فرایند هم‌دما سازی و تشکیل کاربید

 

1. توزیع یکنواخت کاربید­ها ،کوچک شدن اندازه­ی کاربید­های ثانویه، افزایش میزان و چگالی آن‌ها

 

1. افزایش مقاومت سایش خراشان و سایش خستگی

 

1. افزایش استحکام کششی و پایداری

 

1. افزایش سختی

 

1. پایداری ابعادی ماده

2. 

3.  

 

1. تولید ساختار مولکولی چگال تر

 

1. افزایش هدایت الکتریکی فلزات

 

1. افزایش مقاومت به خوردگی

 

پارامتر‌‌‌‌های زیر صفر عبارت‌اند از: نرخ سرمایش، دمای هم‌دما سازی، زمان هم‌دما سازی، نرخ گرمایش، دما و زمان بازگشت و دمای آستنیته کردن.

 

تحقیقات بسیاری بر روی فولاد‫هایی که درصد عناصر آلیاژی و یا کربن آن‫ها بالاست، صورت گرفته است. در این پژوهش‫ها با حصول ترکیب مناسبی از توزیع کاربید‫ها و کاهش یا حذف آستنیت باقیمانده خواص فولاد‫های مورد مطالعه را بهبود داده‫اند.

 

فولاد 7147/1، فولادی کربوره شونده (سمانته) بوده که در ساخت قطعاتی که ترکیبی از استحکام متوسط، چقرمگی و مقاومت سایشی بالا نیاز است، مورداستفاده قرار گرفته است و گاه برای تهیه­ی قطعات مورد مصرف صنایع خودرو‫سازی همچون چرخ‌دنده و میل‌لنگ کاربرد دارد. در فولاد­هایی که به منظور سختی کاری سطحی تحت عملیات کربوره­کردن قرار می­گیرند، با افزایش درصد کربن سطح، M_s کاهش و میزان آستنیت باقیمانده در اثر سریع سرد کردن در سطح افزایش خواهد یافت.

 

در این پژوهش عملیات زیر صفر عمیق به منظور بهبود خواص سایشی فولاد 7147/1 در زمان‫های مختلف انجام شده است؛ در فصل دوم تحقیقات صورت گرفته بر فولاد‫های مختلف، فصل سوم مواد و روش تحقیق، فصل چهارم نتایج و بحث و در نهایت در فصل پنجم، نتایج حاصل و پیشنهاداتی در راستای بررسی‫های بیشتر و کارآمد گردآوری شده است.

 

 2-1- معرفی و تاریخچه

 

فولاد آستنیتی آلیاژی از آهن و کربن همراه با عناصر دیگر در حالت محلول است که با عملیات نفوذی در محلول آستنیتی تجزیه و همگن‌سازی می‌‌شود. زمانی که فولاد حرارت داده می‌‌شود ساختار کریستالی آهن به مکعبی مرکز‫دار تغییر می‌یابد. استحاله‌ی آستنیت به مارتنزیت از دمایی که دمای آغاز مارتنزیت ‌یا M_s نامیده می‌‌شود، آغاز می‫شود. برای اغلب فولاد‌‌‌‌های خاص، استحاله هم‌دما بوده و همان‌طور که دما به دمای پایان مارتنزیت می‌‌رسد (M_f)، توسعه می‫یابد. مقداری آستنیت، آستنیت باقیمانده، همیشه پس از سخت سازی حضور دارد. مارتنزیت بیش‌تر و درصد کربن بیش‌تر، سختی فولاد را افزایش می‌‌دهد. میزان کربن، دمای آغاز و پایان استحاله‌ی مارتنزیت را تحت تأثیر قرار می‌‌دهد. M_s و M_f می‌‌تواند پایین‌تر از دمای اتاق باشد؛ فولاد به‌صورت جزئی به مارتنزیت تبدیل شده و بقیه‌ی ساختار را آستنیت باقیمانده تشکیل می‌‌دهد. این دو دما همچنین با افزایش اندازه دانه کاهش می‌یابد [1].

 

2-2- آستنیت باقیمانده

 

دمای شروع استحاله مارتنزیت (M_s) و دمای پایان این استحاله (M_f) در فولادها به درصد کربن و درصد عناصر آلیاژی بستگی دارد (شکل2-1). همان‌طور که از شکل 2-1 مشخص است، وقتی فولادی با درصد کربن بالای 65/0 %کوئنچ می‌شود، تغییر حالت آستنیت به مارتنزیت در دمای اتاق (^oC20) پایان نمی‌یابد. درنتیجه مقداری از آستنیت باقی خواهد ماند که به آستنیت باقیمانده موسوم است [2]. در جدول 2-1 تأثیر 1% از عناصر آلیاژی بر دمای شروع استحاله مارتنزیتدر فولادهایی با 9/0-1% کربن آورده شده است. البته تأثیر عناصر آلیاژی بر دمای استحاله مارتنزیتی به درصد کربن در فولاد نیز بستگی دارد. در جدول 2-2 تأثیر 1% کروم بر دمای شروع استحاله مارتنزیتی در فولادهایی با درصدهای مختلف از کربن آورده شده است [3]. در شکل 2-2 منحنی استحاله مارتنزیت آورده شده

 

است. همان‌طوری که مشخص است استحاله مارتنزیت درA˝r(M) ، که همان دمای  M_sاست شروع می‌شود. اگر دما کاهش پیدا کند، استحاله پیشرفت کرده و مقدار مارتنزیت افزایش می‌یابد. اگر عملیات کوئنچ تا دمای محیط انجام شود، استحاله مارتنزیتی در دمای  ^oC 20 متوقف می‌گردد. سرد کردن فولاد تا دمای t˝ که همان دمای M_f است منجر به افزایش درصد مارتنزیت می‌شود ولی مقداری آستنیت باقیمانده در ساختار حضور دارد [2]. آستنیت باقیمانده که یک فاز نرم است باعث کاهش سختی فولاد پس از کوئنچ خواهد شد. اگر درصد آستنیت باقیمانده بالاتر از 10% باشد باعث کاهش فاحش سختی در نمونه می‌شود (شکل 2-3). هر چه درصد کربن بالاتر باشد، درصد آستنیت باقیمانده نیز بیش‌تر خواهد بود (شکل 2-4). اگر یک فولاد‌‌‌ هایپریوتکتویید از منطقه کاملاً آستنیتی در بالای Ac_m سرد شود، ساختار پس از سرد کردن از مارتنزیت و آستنیتت باقیمانده تشکیل خواهد شد و همان‌طور که در شکل 2-3 مشخص است سختی با افزایش درصد کربن، به دلیل افزایش در مقدار آستنیت باقیمانده، کاهش خواهد یافت؛ اما اگر فولادهای‌‌‌ هایپریوتکتوید از منطقه دوفازی آستنیت – سمانتیت، کوئنچ شوند، ساختار نهایی فولاد از مارتنزیت – سمانتیت – آستنیتت باقیمانده تشکیل می‌شود. تحت این شرایط سختی این فولادها یکسان بوده و وابسته به درصد کربن نیست [2].

 

شکل2-1. دمای شروع و پایان استحاله مارتنزیت (_f  Mو M_s) با توجه به درصد کربن در فولاد [3].

 

جدول2-1. تأثیر 1% از عناصر آلیاژی بر دمای شروع استحاله مارتنزیت در فولادهایی با 9/0 – 1% کربن [3]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

تغییر در دمای شروع استحاله مارتنزیتی (oC)	عنصر آلیاژی
55-	Mn
35-	V
30-	Mo
17-	Ni
15-	Cr
12-	W
10-	Cu
0	Si
12	Co
30	Al