Skip to main content
SUPERVISOR
رضا شجاع رضوی (استاد مشاور) علی سعیدی (استاد راهنما) مرتضی شمعانیان اصفهانی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Majid Zarezadeh mehrizi
مجید زارع زاده مهریزی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1389
The aim of this study was development of new composite coatings based on Co-W-Si ternary system which has good oxidation resistance in high temperature. For this, first, Co (ss) /CoWSi-WSi 2 nanocomposite powder was synthesized by mechanical alloying and subsequent heat treatment. The synthesized powder was precipitated on Ni substrate and cladded by laser. Different laser cladding parameters were investigated and optimized parameters were obtained for having coating with almost 15at% Ni. After optimization of parameters such as beam power, scanning rate and overlapping, the microstructure and hardness of coating were characterized. To clarify oxidation resistance, the coating was cyclically oxidized at 900, 1100 and 1300 ?C. The results showed that WSi 2 and CoWSi were formed after 30 h and 50 h ball milling, respectively. Heat treatment was done on 30 h ball milled powder at 1100 ?C for 4 h and Co (ss) /CoWSi-WSi 2 nanocomposite was produced. The produced powder was precipitated on Ni substrate with 1 mm thickness and laser cladding parameters including beam power: 450 W, scanning rate: 2.5 mm.s -1 and overlapping; 50% was obtained as optimized parameters. After laser cladding, phase investigation showed that using the thermal stabilized powder caused Co (ss) /CoWSi-WSi 2 coating without any unexpected phases. The microstructure of coating was dense, crack-free and formed from three different zones with equiax, dendritic and eqiax structures. The microhardness result showed that the hardness of coating was 950 HV and distributed uniformly to substrate. The oxidation results confirmed diffusion-control mechanism at three temperatures. The oxide scale was dense, without any cracks and SiO 2 -rich at 900 ?C, while at 1100 ?C, the oxide scale was thicker, dense and mixture of tungsten, cobalt and silica oxides. At 1300 ?C, the double scale was formed; outer layer was SiO 2 -rich and inner layer was enrichment of tungsten and cobalt with alittle oxygen concentration. At initial stage of oxidation at 1300 ?C, spinel phases were formed by solid state reaction between parent metal oxides. The spinels spalled and separated from the scale. After that, SiO 2 -rich layer covered the surface and reduced oxidation rate. Based on these results, inward diffusion of oxygen controlled the oxidation reactions at three temperatures. Keywords: Oxidation resistance, laser cladding, Co (ss) /CoWSi-WSi 2 , mechanical alloying, microstructure
هدف از انجام این تحقیق توسعه پوشش های کامپوزیتی جدید بر پایه سیستمCo-W-Si بوده که مقاومت به اکسیداسیون مناسبی در دماهای بالا داشته باشد. در این راستا، ابتدا، پودر نانوکامپوزیتی Co (ss) /CoWSi-WSi 2 به روش آلیاژسازی مکانیکی و عملیات حرارتی تولید شد. پودر به دست آمده روی زیرلایه نیکلی نشانده شد و از روش روکش کاری لیزری برای امتزاج آن با زیر لایه استفاده شد. پارامترهای مختلف فرایند روکش کاری لیزری مورد مطالعه قرار گرفته و پارامترهای بهینه ایجاد پوشش با میزان امتزاج نیکل کمتر از 15 درصد در پوشش تعیین شد. پس از بهینه سازی پارامترهایی همچون توان متوسط پرتو، سرعت روبش و میزان روی هم افتادگی، ریزساختار و سختی در راستای عمق پوشش ارزیابی شد. جهت تعیین مقاومت به اکسیداسیون، پوشش مذکور تحت اکسیداسیون سیکلی در سه دمای ?C 900، ?C 1100و ?C 1300 قرار گرفت. نتایج نشان داد که پس از 20 ساعت آلیاژسازی مکانیکی مخلوط پودری Co 25-W35-Si ، فاز WSi 2 و پس از 50 ساعت، فاز CoWSi تشکیل شد. عملیات حرارتی برای دستیابی به پودرهای پایدار روی مخلوط پودری 30 ساعت آلیاژسازی مکانیکی شده به مدت 4 ساعت و دمای ?C 1100 انجام شده و نانوکامپوزیت Co (ss) /CoWSi-WSi 2 تولید شد. پودر تولید شده با ضخامت mm1روی سطح نمونه نیکلی قرار داده شده و پارامترهای روکش کاری شامل سرعت روبش mm.s -1 5/2، توان W450 و میزان روی هم افتادگی 50% به عنوان پارامترهای بهینه لیزر تعیین شد. پس از روکش کاری پودر حاصله، بررسی فازی نشان داد استفاده از پودرهای پایدار شده سبب ایجاد پوشش Co (ss) /CoWSi-WSi 2 شده است. ریزساختار پوشش متراکم و بدون حفره و ترک بوده و به دلیل وجود تغییرات گرادیان حرارتی و غلظتی در حین انجماد از سه ناحیه مختلف با ساختارهای هم محور، دندریتی و هم محور تشکیل شده است. ریزسختی سنجی پوشش نشان داد که سختی سطحیHV 950 بوده و در راستای عمق پوشش به طور یکنواخت به مقدار 80% سختی سطح در فصل مشترک می رسد. نتایج آزمایش اکسیداسیون سیکلی پوشش بیانگر مکانیزم نفوذ-کنترل در هر سه دمای اکسیداسیون بود. در دمای ?C 900، لایه اکسیدی متراکم و بدون حفره و ترک بوده و عمدتا از ترکیب آمورف SiO 2 تشکیل شده است؛ در حالی که در دمای ?C 1100 لایه اکسیدی ضخیم تر شده و مخلوطی از اکسیدهای تنگستن، کبالت و سیلیسیوم بود. این لایه نیز متراکم و بدون تخلخل بوده و به خوبی پوشش را محافظت می کند. در دمای ?C 1300، دو لایه روی سطح تشکیل شد؛ لایه خارجی غنی از SiO 2 و لایه داخلی غنی از تنگستن و کبالت با مقدار اکسیژن بسیار ناچیز است. در مراحل اولیه اکسیداسیون در این دما اکسیدهای فلزی در کنار SiO 2 ، فازهای اسپینلی مختلفی تشکیل دادند. این ترکیبات به دلیل شوک حرارتی و عدم انطباق با زمینه غنی از SiO 2 ، خرد شده و از سطح جدا شدند. با گذشت زمان، لایه ای غنی از SiO 2 روی تمام سطح تشکیل شده و سرعت اکسیداسیون را شدیدا کاهش داد. با توجه به نتایج به دست آمده به نظر می رسد در هر سه دما، نفوذ به داخل اکسیژن مرحله کنترل کننده واکنش اکسیداسیون پوشش می باشد. کلمات کلیدی: مقاومت به اکسیداسیون، روکش کاری لیزری، WSi 2 ، CoWSi، آلیاژسازی مکانیکی، ریزساختار.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی