Skip to main content
SUPERVISOR
Mohammad Hossei Enayati,Mehdi Salehi
محمدحسین عنایتی (استاد راهنما) مهدی صالحی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Behrooz Movahedi
بهروز موحدی

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.
یکی از روش های بهبود کیفیت سطوح استفاده از پوشش هایی با خواص مطلوب است که در این راستا کاربرد پوشش هایی با ساختار آمورف، نانوکریستال و پوشش‌هایی با ساختار دوگانه آمورف/نانوکریستال در چند سال اخیر مورد توجه واقع شده است. این پوشش ها با جمع خواص منحصر بفردی نظیر استحکام تسلیم بالا، سختی بالا، مقاومت سایشی عالی و تافنس مطلوب، شرایط مناسبی را در راستای بهبود کیفیت سطوح فراهم می کنند. در این پروژه ابتدا با اضافه کردن عناصر فلزی و شبه فلزی مختلف مانند کرُم، مولیبدن، بُر، کربن، فسفر و سیلیسیم به پودر آهن ترکیب مناسبی طراحی شد تا قابلیت تشکیل ساختار آمورف در فرایند آلیاژسازی مکانیکی و فرایند پاشش حرارتی را دارا باشد. سپس پودر حاصل با ترکیب بهینه توسط فرایندهای نوین پاشش حرارتی نظیر پاشش شعله‌ای با سرعت بالا (HVOF) و پاشش پلاسمایی در اتمسفر (APS) بر زیرلایه‌های فولادی تحت شرایط مختلف اعمال شد تا ساختاری متشکل از درصدهای مختلف فازهای آمورف و نانوکریستال حاصل شود. سپس ساختار و خواص پوشش ها با آزمون های سایش، سختی سنجی، تافنس شکست، استحکام چسبندگی، آنالیز فازی، آنالیز حرارتی (DSC) و بررسی های میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) و روبشی (SEM) مطالعه شد. همچنین ثوابت سینتیکی تبلور فاز آمورف مانند توان آورامی و انرژی اکتیواسیون جوانه زنی و رشد توسط مدل‌های مختلف محاسبه و مکانیزم رشد تعیین گردید. این نتایج نشان دادند که آلیاژ آهن با ترکیب Fe-18Cr-5Mo-5P-1.5C-1.5Si-3B (درصد وزنی) بهترین قابلیت آمورف شدن را دارد و بعلاوه از پایداری حرارتی بالایی نیز برخوردار است. از طرف دیگر توان آورامی برای این سیستم به شدت تابع دما بود و عدد صحیحی را نشان نداد که حاکی از آن است که فرایند جوانه‌زنی و رشد پیچیده است و به طور هم زمان چندین مکانیزم رشد دو یا سه بعدی در این فرایند دخیل می‌باشند. بالا بودن میزان انرژِی اکتیواسیون جوانه زنی ( kJ/mol29/405) و رشد ( kJ/mol04/386) برای این آلیاژ نشان دهنده مشارکت تعداد زیادی از عناصر آلیاژی در تشکیل ساختارهای کریستالی است. نتایج بررسی خواص مکانیکی پوشش‌ها گویای آن هستند که بالاترین میزان ریزسختی پوشش‌ها مربوط به ساختارهای دو گانه آمورف/نانوکریستال در حدود HV 1200، پایین‌ترین میزان ضریب اصطکاک و نرخ سایش برای پوشش‌هایی با ساختار آمورف به ترتیب در حدود 18/0 و mm 3 /N.m 6- 10*26/0 و بالاترین میزان تافنس شکست در حدود MPa.m 1/2 10 برای پوشش‌هایی با ساختار دو گانه آمورف/نانوکریستال است. در این پروژه همچنین نقشه‌هایی ارائه شد که با استفاده از آن‌ها می‌توان آلیاژ مورد نظر را بر پایه آهن طراحی و پوشش‌هایی با ساختارهای متنوع را بدست آورد. در این نقشه‌ها با کنترل ساختار اولیه پودر و پارامترهای پاشش حرارتی، پوشش‌هایی ایجاد می‌شود که ریز ساختار آن قابل کنترل بوده و به تبع آن می‌توان خواص مورد نظر را بر اساس تابعی از ریزساختار بدست آورد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی