Skip to main content
SUPERVISOR
Morteza Shamanian esfahani,Mehdi Salehi
مرتضي شمعانيان اصفهاني (استاد راهنما) مهدي صالحي (استاد راهنما)
 
STUDENT
Behnoosh Sattari Baboukani
بهنوش ستاري بابوکاني

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1393

TITLE

The study of microstructure, wear performance and corrosion behavior of FeAl surdace composite fabricated by plasma spraying and friction stir processing
Improving the corrosion behavior and wear resistance of steels by surface processing has got a lot of attention, economically. In this study, Fe/Al surface composite has been produced using plasma spraying and FSP. To fabricate surface composites, a Al-70wt.%Fe layer with a thickness of 100 m was coated on the low carbon steel substrate using plasma spraying and FSP was applied on these surfaces from one to four passes. FSP was also applied on the surface of steel samples with the same pass numbers in order to evaluate the effects of reinforcement particles on surface microstructure and properties. A tungsten carbide pin with the depth of 0.8 mm was used to perform FSP. The pin had the rotation speed and the traverse speed of 700 rpm and 80 mm/min, respectively. Two steel specimens with Al-Fe coating were heat treated at 900 for one and two hours to study the role of compounds in surface properties of composite samples. X-ray diffraction (XRD) analysis was used to identify the phases which formed on the surface composites and the heat treated samples. Optical microscopy and electron backscatter diffraction (EBSD( were utilized to study the microstructures. Besides, the Vickers micro-hardness profiles for different samples were measured. Linear reciprocating wear test was used for investigating the tribological performance of the stir zones (SZs). To evaluate the corrosion behavior of SZs the electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and potentiodynamic polarization tests have been done in 3.5 wt.% NaCl solution. The results revealed that Fe-Al in-situ Fe-Al intemetallics have been formed on the surface composites. Widm?nsttaten ferrite plates have been formed in the SZs of the steel specimens as well as the surface composite, considerably. The micro-hardness of the SZs was increased by increasing the pass numbers both for steel and surface composite specimens. The SZs of the steel and surface composite which subjected to 4 FSP passes had the average hardness of 284 HV and 405 HV, respectively. The wear behavior of the SZs in both groups of samples was improved by increasing the pass number. The steel surface processed with 4 passes and the surface composite produced by 3 passes exhibiited the lowest wear rates in their groups. The dominant wear mechanism has changed from adhesive to abrasive by increasing the pass numbers in both types of the samples. However, pass numbers had no considerable effects of coefficients of friction (CoFs). The corrosion behavior of the steel specimens have been improved by increasing the pass numbers while the sample subjected to 4 FSP passes had the best corrosion resistance with polarization resistance (R P ) of 46769 K?.cm 2 . Between the surface composites, the sample which produced by one FSP pass showed the best corrosion behavior with the R P of 40940 K?.cm 2 and the highest corrosion potential.
چکيده انجام عمليات سطحي بر روي فولادها به منظور بهبود رفتار سايشي و خوردگي اين دسته از آلياژهاي پرکاربرد، از نظر اقتصادي همواره مورد توجه بوده است. در اين تحقيق، کامپوزيت سطحي Fe/Al به کمک روش پاشش پلاسمايي و فرايند اصطکاکي اغتشاشي ساخته شده و خواص سطحي آن مورد ارزيابي قرار گرفته است. براي ساخت نمونه‌هاي کامپوزيتي، ابتدا پوشش Al-30wt.%Fe به ضخامت 100 با روش پاشش پلاسمايي بر روي زيرلايه فولاد کم‌کربن نشانده شد و فرايند اصطکاکي اغتشاشي از يک تا چهار پاس بر روي سطح اعمال گرديد. به منظور درک بهتر نقش ذرات تقويت‌کننده در ريزساختار و خواص سطحي، فرايند اصطکاکي اغتشاشي در پاس‌هاي مشابه بر روي سطح فولاد کم‌کربن زيرلايه نيز اعمال گرديد. براي اين کار از پين کاربيد تنگستن با عمق mm 8/0 و سرعت‌هاي چرخشي و پيشروي rpm 700 و mm/min 80 استفاده شد. به منظور بررسي نقش ترکيبات احتمالي تشکيل شده در سطح نمونه‌هاي داراي پوشش، دو عدد از نمونه‌ها، تحت عمليات حرارتي در دماي 900 براي مدت يک و دو ساعت قرار گرفتند. از آناليز پراش پرتو ايکس (XRD) براي شناسايي فازهاي سطح نمونه‌هاي کامپوزيتي و نمونه‌هاي تحت عمليات حرارتي استفاده شد. تصاوير نوري و تصاوير آناليز پراش الکتروني از الکترون‌هاي برگشتي (EBSD) براي بررسي ريزساختار نواحي مختلف نمونه‌ها استفاده شده است. همچنين پروفيل ريزسختي ويکرز نمونه‌هاي مختلف مورد مطالعه قرار گرفت. از آزمون سايش خطي رفت و برگشتي براي بررسي رفتار سايشي نواحي اغتشاش و از آزمون‌هاي طيف‌سنجي امپدانس الکتروشيميايي (EIS) و پولاريزاسيون پتانسيوديناميک در محلول 5/3% وزني NaCl براي بررسي رفتار خوردگي اين نواحي استفاده شده است. نتايج نشان داده است که در سطح نمونه‌هاي کامپوزيتي، ترکيبات بين فلزي Fe-Al به صورت درجا توليد شده است. در نواحي اغتشاش نمونه‌هاي فولادي و کامپوزيتي فاز فريت ويدمن اشتاتن به طور قابل ملاحظه‌اي تشکيل شده است. سختي نواحي اغتشاش نمونه‌ها با افزايش تعداد پاس اعمالي افزايش يافته به طوري که ميانگين سختي اين نواحي براي نمونه‌هاي فولادي و کامپوزيتي تحت فرايند چهار پاسه به ترتيب HV 284 و HV 405 بوده است. رفتار سايشي نمونه‌ها با افزايش تعداد پاس اعمالي بهبود يافته و نمونه‌هاي فولادي تحت فرايند چهار پاسه و کامپوزيتي تحت فرايند سه پاسه کمترين نرخ سايش را داشته‌اند. با افزايش تعداد پاس، مکانيزم غالب سايش از چسبان به خراشان در دو دسته از نمونه‌هاي فولادي و کامپوزيتي تغيير کرده است. از طرفي تعداد پاس اعمالي تاثير چنداني بر مقادير ضريب اصطکاک نمونه‌ها نداشته است. در بين نمونه‌هاي فولادي، با افزايش تعداد پاس اعمالي، رفتار خوردگي بهبود پيدا کرده است به طوري که نمونه چهار پاسه با داشتن مقاومت پولاريزاسيون k?.cm 2 46769 بهترين عملکرد خوردگي را داشته است. اين در حالي است که در بين نمونه‌هاي کامپوزيتي، نمونه يک پاسه با داشتن مقاومت پولاريزاسيون k?.cm 2 40940 و بالاترين ميزان پتانسيل خوردگي بهترين رفتار خوردگي را از خود نشان داده است. کلمات کليدي: فرايند اصطکاکي اغتشاشي، آلومينايدهاي آهن، پاشش پلاسما، فريت ويدمن اشتاتن، سايش چسبان، سايش خراشان.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی