Skip to main content
SUPERVISOR
Mehdi Salehi,Hossein Edris,Ahmad Monshi
مهدی صالحی (استاد راهنما) حسین ادریس (استاد مشاور) احمد منشی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mohaddese Tabeshfar
محدثه تابش فر

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1388

TITLE

Development of Ferrochromium-Nickel Composite Plasma Spray Coatings and Evaluation of Their Tribological Behaviour
In this work, in order to find a reasonable replacement material for WC-Co coatings, high carbon ferrochromium, low carbon ferrochromium and high carbon ferrochromium-nickel composite coatings were selected and their characterization and wear behaviour were studied. The coatings were applied on plain carbon steel by air plasma spray. Ferrochromium coatings were sprayed with different argon gas flow rates and subsequently they were compared with each other. The results indicated that the coatings with the lower argon gas flow rate had better properties due to longer thermal stability at high tempreture. To investigate the mechanical and wear properties, high carbon ferrochromium was choosen as the ferrochromium-nickel composite coatings. Ni was selected as the binder to improve the binding between the ferrochromium particulates. Composite coatings with different amounts of nickel 10, 20 and 30 weight percent were produced. At the begining high carbon ferrochromium and nickel were mixed by using ring grinding, prepared under control atmosphere, consequently the materials sintered and crushed into suitable partilce size for flowability in the thermal spray equipment. Images of scanning electron microscopy showed, a uniform distribution of nickel through coatings therefore a metal matrix composite coating was truely made. Composite coatings had different mechanical and wear behaviour. In comparing with ferrochromium coatings, fracture toughness values of composite coatings were increased. HCFeCr-10%Ni had the weakest properties between all coatings, so it showed that, this percentage of nickel wasn`t adequate as binder in coating, and it couldn`t make a good cohesion between ferrochromium particles, also it caused high percentage of porosity. HCFeCr-20%Ni had the best mechanical and wear behaviour. With adding 20%Ni to HCFeCr, microhadrness value increased from 763 to 950 Vickers and also fracture toughness values increased from 1.9 to 4.5 MPa?m. The dominant wear mechanism in HCFeCr and composite coatings was identified as adhesive wear with microcracking with different severity. It is found that delamination mechanism was the predominant wear mechanism for LCFeCr coating. Furtherrmore HCFeCr-20% Ni composite coating showed an optimum behaviour and the lowest value of weight loss. HCFeCr-10%Ni coating showed the highest weight loss among all the coatings. Therefore the HCFeCr-20%Ni was selected as the most promising coating and it could be a better replacement for the expensive WC-Co coatings. Keywords: Composite coating, Ferrochromium, Nickel, Air Plasma Spray, Wear
در این پژوهش به منظور یافتن جایگزینی مناسب برای پوشش های WC-Co، پوشش های فروکروم پرکربن (HCFeCr)، فروکروم کم کربن (LCFeCr) و کامپوزیتی فروکروم پرکربن- نیکل (HCFeCr-Ni) ایجاد و رفتار سایشی آن ها مورد بررسی قرار گرفته است. پوشش های مذکور به روش پاشش حرارتی پلاسمایی بر روی زیرلایه فولاد ساده کربنی پاشش شدند. در این رابطه، ابتدا پوشش های فروکروم در نرخ های مختلف از جریان گاز آرگون پاشش دهی و با یکدیگر مقایسه شدند، هم چنین پارامترهای بهینه پاشش برای آن ها به دست آمد. نتایج نشان داد که پوشش های فروکروم در کمترین نرخ جریان گاز آرگون خواص بهتری از خود نشان می دهند. نتایج بدست آمده نشان دهنده ی قابلیت ساخت و توسعه پوشش‌های مذکور به روش پاشش حرارتی است. سپس این پوشش‌ها از نظر ریز‌ساختار، فازهای تشکیل دهنده، سختی، چقرمگی و رفتار سایشی مورد مطالعه قرار گرفتند. متعاقباً پوشش های فروکروم پرکربن جهت تولید پوشش کامپوزیتی با نیکل انتخاب شد. سپس به منظور بهبود خواص پوشش های فروکروم به ویژه استحکام چسبندگی آن ها از فلز نیکل به مقادیر 10%، 20% و 30%، به عنوان فاز زمینه و پیوندی در تولید کامپوزیت فروکروم- نیکل استفاده شد. جهت آماده سازی پودر کامپوزیتی، روش زینترینگ و خرد کردن به کار گرفته شد. بررسی‌های انجام شده بر پوشش های کامپوزیتی حاصل نشان داد که نیکل به صورت یکنواخت در سرتاسر پوشش توزیع شده است. هم چنین این پوشش‌ها رفتارهای متفاوتی را نشان داده اند. چقرمگی شکست کلیه پوشش های کامپوزیتی نسبت به پوشش فروکروم پرکربن افزایش نشان می دهد. از میان پوشش های کامپوزیتی، پوشش حاوی 10% نیکل، خواص ضعیفی را از خود نشان داد که بیانگر ناکافی بودن مقدار نیکل به عنوان فاز پیوندی و عدم توانایی آن در ایجاد پیوستگی لازم در پوشش است، در نتیجه، درصد تخلخل در این پوشش افزایش یافته و کلیه خواص مکانیکی را به همراه مقاومت به سایش آن تضعیف کرده است. پوشش حاوی 20% نیکل، بهترین خواص مکانیکی و مقاومت به سایش را داشته است، میکروسختی پوشش HCFeCr با افزودن 20% نیکل از 763 ویکرز به 950 ویکرز افزایش یافته است، هم چنین حضور مقدار بهینه نیکل در این پوشش به عنوان فاز پیوندی، افزایش قابل ملاحظه ای را در تافنس شکست آن نشان داده است. نکته قابل توجه در بررسی کاهش وزن پوشش ها در مسافت 1000 متر، ثابت ماندن نرخ سایش آن ها پس از طی کردن مسافت مشخصی در این پوشش ها بوده است، که بیانگر پایدار شدن سایش است. نتایج حاصل از آزمون سایش نشان می دهد که مکانیزم سایش در پوشش های HCFeCr و کامپوزیتی HCFeCr-Ni، سایش چسبان به همراه ریزترک بوده و تفاوت آن ها در شدت سایش بوده است، بهترین رفتار سایشی و کمترین مقدار کاهش وزن را پوشش HCFeCr-20%Ni داشته است، هم چنین ضعیف ترین مقاومت به سایش در پوشش HCFeCr-10%Ni مشاهده شده است. شایان ذکر است که مکانیزم سایشی حاکم بر پوشش LCFeCr مکانیزم سایش ورقه ای بوده است. در نهایت پوشش HCFeCr-20%Ni به عنوان پوشش بهینه در این پژوهش انتخاب شد و می توان این پوشش را به عنوان دستاورد این پژوهش و جایگزینی برای پوشش های WC-Co با ارزش افزوده بالا معرفی کرد. کلمات کلیدی: پوشش کامپوزیتی، فروکروم، نیکل، پاشش پلاسمایی، سایش

ارتقاء امنیت وب با وف بومی