SUPERVISOR
Seyed mehran Nahvi,Kaivan Raissi
سیدمهران نحوی (استاد راهنما) کیوان رئیسی (استاد راهنما)
STUDENT
Milad Salavati
میلاد صلواتی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1394
TITLE
The effect of heat treatment on high temperature wear behavior of NiAl thermally sprayed coatings on mild carbon steel
Intermetallic compounds are compounds that, with their high abrasion properties at high temperatures, oxidation resistance in the world today has been widely used. One of the most important of these intermetallic compounds is the aluminide compounds that are used due to the high melting point in industries and equipment such as moweed, which are always used at high temperatures. The Ni-Al, Ti-Al, and Fe-Al compounds are three major categories of these aluminous compounds. Aluminum aluminide compounds are the largest category of aluminides and NiAl compounds. The NiAl composition has properties such as low density (5.9 grams per cubic centimeter), high melting point (1638 degrees centigrade), excellent oxidation resistance, good thermal stability, good electrical conductivity, and high strength to high strength. Among the applied methods of NiAl coatings, it is possible to refer to a variety of thermal spraying processes, membrane coatings, and lamination processes. Variable parameters in this operation are the time and temperature of the heat treatment, the various nickel and aluminum compounds and the parameters affecting the coating for thermal spraying. By carrying out heat treatment at different temperatures and times due to the presence of the penetration phenomenon, the transfer of different elements from the substrate to the coating. Elemental influences seem to alter the structure and phases in the coating, which will affect the wear behavior. By examining the wear behavior of these coatings by wear standard test, the effect of coating parameters and thermal treatment of these coatings on these properties is investigated. The intrusion of the particles of the coating particles into each other during the heat treatment in the vacuum creates interconnecting interactions between the particles, which also increases the coherence of the coating particles. Increasing the amount of oxides during coating heat treatment reduces coherence of coating particles. Increasing the surface roughness of the coating, reducing the oxide layers of Ni and Al elements through thermal treatment are the main factors in increasing the friction coefficient relative to the untreated heat treatment. The heat treatment modifies the wearing mechanisms from the adhesive to the scratching mechanism. This is also the result of an increase in the fraction of intermetallic compounds in the overall coating due to heat treatment, as this phenomenon makes the hardness of the particles separated from the coating (abrasion products) worse during wear. Abrasion products act as micro-abrasives and cause this change of mechanism. The EDS results of the abrasion pattern in all tests show that under different conditions, the coating is not lost due to wear. The increase of intermetallic compounds with favorable mechanical and tribological properties due to heat treatment has reduced the wear rate. Therefore, it can be said that the thermal resistance of the wear resistance increases the coating. It can also be said that the abrasion of the coating at higher temperatures is better because the abrasion rate at 700 ° C has dropped from 400 ° C to 550 ° C.
ترکیبات بین فلزی ترکیباتی هستند که با داشتن خواص سایشی مناسب در دمای بالا، مقاومت به اکسیداسیون در دنیای امروزه کاربردهای فراوانی پیداکردهاند. یکی از مهمترین این ترکیبات بین فلزی ترکیبات آلومینایدی هستند که به دلیل نقطه ذوب بالا، در صنایع و تجهیزاتی مانند موتورجت که همواره در دماهای بالا مورداستفاده قرار میگیرند، به کار میروند. ترکیبات Ni-Al، Ti-Al و Fe-Al، سه دسته مهم این ترکیبات آلومینایدی هستند. ترکیبات آلومیناید نیکل بزرگترین دسته آلومینایدها و ترکیب NiAl مهمترین آنها است. ترکیب NiAl دارای خواصی نظیر دانسیته پایین (9/5 گرم بر سانتی مترمکعب)، نقطه ذوب بالا ( 1638 درجه سانتی گراد)، مقاومت عالی به اکسیداسیون، پایداری حرارتی خوب، هدایت الکتریکی مناسب و نسبت استحکام به وزن بالایی میباشد. ازجمله روشهای اعمالشده پوششهای NiAl، به انواع فرآیندهای پاشش حرارتی، روکش کاری جوشی و فرآیند لایه نشانی میتوان اشاره کرد. پارامترهای متغیر در این عملیات عبارت از زمان و دمای عملیات حرارتی، ترکیبات مختلف نیکل و آلومینیوم و پارامترهای مؤثر بر پوشش دهی برای پاشش حرارتی می باشند. با انجام عملیات حرارتی در دماها و زمانهای مختلف به دلیل وجود پدیده نفوذ، انتقال عناصر مختلف از زیرلایه به درون پوشش وجود دارد. به نظر می رسد که نفوذ عناصر باعث تغییر در ساختار و فازهای موجود در پوشش گردد که به طبع آن رفتار سایشی را تحت تأثیر قرار خواهد داد. با بررسی رفتار سایشی این پوشش ها از طریق آزمون استاندارد سایش، تأثیر پارامترهای پوشش دهی و عملیات حرارتی پسازآن بر این خواص موردمطالعه قرار می گیرد. نفوذ اتم های ذرات پوشش در یکدیگر در حین عملیات حرارتی در خلأ موجب ایجاد اتصال های نفوذی بین ذرات می گردد که این حالت نیز سبب افزایش پیوستگی ذرات پوشش می شود. افزایش بیشازحد مقادیر اکسیدها در حین عملیات حرارتی در پوشش سبب کم شدن پیوستگی ذرات پوشش می شود. افزایش زبری سطح پوشش، کاهش لایه های اکسیدی عناصر Ni و Al براثر عملیات حرارتی عوامل اصلی افزایش ضریب اصطکاک نسبت به پوشش عملیات حرارتی نشده هستند. عملیات حرارتی موجب تغییر مکانیزم های سایش از چسبان به سمت مکانیزم خراشان می شود. این امر نیز نتیجه افزایش کسر ترکیبات بین فلزی در کل پوشش در اثر عملیات حرارتی است؛ به طوری که این پدیده باعث می شود سختی ذرات جداشده از پوشش (محصولات سایش) در حین سایش بیشتر شود. محصولات سایش بهعنوان ساینده های میکرونی عمل کرده و موجب این تغییر مکانیزم می شوند. نتایج EDS مسیر سایش در تمام آزمون ها نشان می دهد که در شرایط متفاوت، پوشش براثر سایش از بین نرفته است. افزایش ترکیبات بین فلزی با خواص مطلوب مکانیکی و تریبولوژیکی در اثر عملیات حرارتی باعث کاهش نرخ سایش شده است. بنابراین می توان گفت عملیات حرارتی مقاومت به سایش این پوشش را افزایش می دهد. همچنین می توان گفت ازنظر سایشی این پوشش در دماهای بالاتر عملکرد بهتری دارد؛ چراکه نرخ سایش در دمای700 درجه سانتی گراد نسبت به دماهای 400 و 550درجه سانتی گراد با کاهش همراه بوده است.