Skip to main content
SUPERVISOR
Mohammad Hossei Enayati,Mehdi Salehi
محمدحسين عنايتي (استاد راهنما) مهدي صالحي (استاد مشاور)
 
STUDENT
Behrooz Movahedi
بهروز موحدي

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1383

TITLE

Microstructural and Tribological Evaluation of Novel Fe-based Amorphous-Nanocrystalline Thermal Spray Coatings
The application of amorphous and nanocrystalline layers on metal substrates is an important method to improve surface performance of engineering parts. In this work, a new composition of Fe-15Cr-4Mo-5P-4B-1C-1Si (wt.%) amorphous powder was produced by mechanical alloying (MA) of elemental powder mixtures and then thermal spraying of this powder was done by high velocity oxy fuel (HVOF) technique at various spraying condition to obtain the desirable amorphous and nanocrystalline structures. The microstructure, thermal properties, and wear resistance of Fe-based amorphous-nanocrystalline powder particles as well as HVOF coatings were investigated by X-ray diffractometry (XRD), scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), and differential scanning calorimetry (DSC). The results suggest that one exothermic peak was observed on DSC traces, implying that the crystallization process undergoes only one stage. It was found that the amorphization starts at the edge of particles and progress into the internal regions as MA proceeds. Increasing milling time to 80 h yielded a fully amorphous structure. Thermal spray coatings show that by adjusting the HVOF parameters especially fuel/oxygen ratio and proper selection of powder composition, the desired microstructure with different amount of amorphous and nanocrystalline phases and therefore with different wear properties could be obtained. Wear test showed that amorphous coatings have lowest friction coefficient (0.18) in comparison with crystalline coatings.
يکي از روش هاي بهبود کيفيت سطوح استفاده از پوشش هايي با خواص مطلوب است که در اين راستا کاربرد پوشش هايي با ساختار آمورف، نانوکريستال و پوشش‌هايي با ساختار دوگانه آمورف/نانوکريستال در چند سال اخير مورد توجه واقع شده است. اين پوشش ها با جمع خواص منحصر بفردي نظير استحکام تسليم بالا، سختي بالا، مقاومت سايشي عالي و تافنس مطلوب، شرايط مناسبي را در راستاي بهبود کيفيت سطوح فراهم مي کنند. در اين پروژه ابتدا با اضافه کردن عناصر فلزي و شبه فلزي مختلف مانند کرُم، موليبدن، بُر، کربن، فسفر و سيليسيم به پودر آهن ترکيب مناسبي طراحي شد تا قابليت تشکيل ساختار آمورف در فرايند آلياژسازي مکانيکي و فرايند پاشش حرارتي را دارا باشد. سپس پودر حاصل با ترکيب بهينه توسط فرايندهاي نوين پاشش حرارتي نظير پاشش شعله‌اي با سرعت بالا (HVOF) و پاشش پلاسمايي در اتمسفر (APS) بر زيرلايه‌هاي فولادي تحت شرايط مختلف اعمال شد تا ساختاري متشکل از درصدهاي مختلف فازهاي آمورف و نانوکريستال حاصل شود. سپس ساختار و خواص پوشش ها با آزمون هاي سايش، سختي سنجي، تافنس شکست، استحکام چسبندگي، آناليز فازي، آناليز حرارتي (DSC) و بررسي هاي ميکروسکوپ الکتروني عبوري (TEM) و روبشي (SEM) مطالعه شد. همچنين ثوابت سينتيکي تبلور فاز آمورف مانند توان آورامي و انرژي اکتيواسيون جوانه زني و رشد توسط مدل‌هاي مختلف محاسبه و مکانيزم رشد تعيين گرديد. اين نتايج نشان دادند که آلياژ آهن با ترکيب Fe-18Cr-5Mo-5P-1.5C-1.5Si-3B (درصد وزني) بهترين قابليت آمورف شدن را دارد و بعلاوه از پايداري حرارتي بالايي نيز برخوردار است. از طرف ديگر توان آورامي براي اين سيستم به شدت تابع دما بود و عدد صحيحي را نشان نداد که حاکي از آن است که فرايند جوانه‌زني و رشد پيچيده است و به طور هم زمان چندين مکانيزم رشد دو يا سه بعدي در اين فرايند دخيل مي‌باشند. بالا بودن ميزان انرژِي اکتيواسيون جوانه زني ( kJ/mol29/405) و رشد ( kJ/mol04/386) براي اين آلياژ نشان دهنده مشارکت تعداد زيادي از عناصر آلياژي در تشکيل ساختارهاي کريستالي است. نتايج بررسي خواص مکانيکي پوشش‌ها گوياي آن هستند که بالاترين ميزان ريزسختي پوشش‌ها مربوط به ساختارهاي دو گانه آمورف/نانوکريستال در حدود HV 1200، پايين‌ترين ميزان ضريب اصطکاک و نرخ سايش براي پوشش‌هايي با ساختار آمورف به ترتيب در حدود 18/0 و mm 3 /N.m 6- 10*26/0 و بالاترين ميزان تافنس شکست در حدود MPa.m 1/2 10 براي پوشش‌هايي با ساختار دو گانه آمورف/نانوکريستال است. در اين پروژه همچنين نقشه‌هايي ارائه شد که با استفاده از آن‌ها مي‌توان آلياژ مورد نظر را بر پايه آهن طراحي و پوشش‌هايي با ساختارهاي متنوع را بدست آورد. در اين نقشه‌ها با کنترل ساختار اوليه پودر و پارامترهاي پاشش حرارتي، پوشش‌هايي ايجاد مي‌شود که ريز ساختار آن قابل کنترل بوده و به تبع آن مي‌توان خواص مورد نظر را بر اساس تابعي از ريزساختار بدست آورد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی