Skip to main content
SUPERVISOR
Morteza Shamanian esfahani,Ahmad Saatchi
مرتضی شمعانیان اصفهانی (استاد راهنما) احمد ساعت چی (استاد مشاور)
 
STUDENT
علی رضا عباسی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1383
The main goal of this study is to fabricate Mo-Si-B based claddings containing Mo 5 SiB 2 on nickel substrate using tungsten inert gas surfacing process in order to improve oxidation resistance of Ni. In this regard, the cladding procedure was performed in different manners using elemental powders, elemental powders+molybdenum interlayer and alloyed powders+ molybdenum interlayer. The results showed that in the absence of molybdenum interlayer, the chemical composition of cladding was strongly changed due to dilution with substrate. The use of two molybdenum interlayers reduced dilution significantly. The phase evolution during cladding procedure is significantly dependent on conditions of feedstock powders. In the case of unmilled powders, the desirable Mo 5 SiB 2 phase was not formed in the clad worthwhile Mo 2 Ni 3 Si and Mo 5 SiB 2 phases were formed after using alloyed powders. To produce alloyed Mo-Si-B powders, the mechanical alloying and subsequent heat treating process were performed. After investigation on Mo-Si-B system, two kinds of powder mixtures including Mo-12.5Si-25B (P1) and Mo-25Si-10B (P2) (at.%) were selected as reference powder mixtures .In addition, four other powder mixtures were considered by decreasing molybdenum content of reference powder mixtures in a Si/B constant ratio. It was indicated that phase evolutions during mechanical alloying and subsequent heat treatment of P1 powders depends on milling conditions, milling time and also time of heat treatment. Finally, 20h milling and subsequent annealing for 5h at 1100°C led to formation of various Mo-Si-B alloyed powders containing Mo 5 SiB 2 phase. Phase types of these powders were dependent on composition of powder mixtures. Weld cladding of alloyed powders led to formation of a multi-phase claddings consisting of Mo 5 SiB 2 +Mo 2 Ni 3 Si matrix phase. It was also indicated that microstructure and phase composition of claddings depends on phase structure of feedstock powders. The results of oxidation tests at 1000°C showed that the presence of Mo 5 SiB 2 improves the oxidation resistance of claddings, while its effect depends on microstructure and composition of claddings. Although the cladding produced using P1 based powders contained Mo 5 SiB 2 , but, the multiphase structure of claddings including nonresistant phases such as Mo 2 B resulted in spallation of oxide films comprised of complex compounds. In contrast, the presence of continuous (Mo,Ni) 5 (Si,B) 3 phase in microstructure of claddings produced by P2 based powders led to formation of SiO 2 protective layer on the surface during oxidation procedure. Here, these claddings exhibited excellent oxidation resistance at high temperatures. Keywords : Weld-Cladding, Mo-Si-B, Mo 5 SiB 2 , Mechanical alloying, Microstructure, Oxidation.
: هدف اصلی این پژوهش ایجاد پوشش‍هایی از ترکیبات مختلف Mo-Si-B حاوی فاز Mo 5 SiB 2 روی نیکل با استفاده از فرایند جوشکاری قوسی تنگستن- گاز می‍باشد. در این راستا، روکش‍کاری جوشی در حالت‍های مختلف نظیر استفاده از مخلوط پودرهای عنصری، استفاده از مخلوط پودرهای عنصری به‍همراه استفاده از لایه‍ی میانی مولیبدنی و در نهایت استفاده از پودرهای آلیاژی به‍همراه استفاده از لایه‍ی میانی مولیبدنی انجام شد. نتایج نشان داد که بدون استفاده از لایه‍ی میانی مولیبدنی، به‍علت مشارکت زیاد نیکل از زیرلایه در ترکیب پوشش، ساختار پوشش انحراف زیادی از ساختار هدف دارد. استفاده از دو لایه‍ی میانی مولیبدنی منجر به کاهش قابل‍توجه مقدار نیکل در ترکیب پوشش شد. نوع فازهای تشکیل‍شده در پوشش در حین روکش‍کاری جوشی، به‍میزان قابل‍توجهی وابسته به وضعیت اولیه پودرها بود. با استفاده از مخلوط پودرهای غیر‍آلیاژی، فاز مهم Mo 5 SiB 2 در ساختار پوشش ایجاد نشد. در‍حالی‍که استفاده از پودرهای آلیاژی منجر به تشکیل فازهای مهم Mo 5 SiB 2 و Mo 2 Ni 3 Si در ساختار پوشش شد. برای تهیه‍ی پودرهای آلیاژی از ترکیبات مختلف Mo-Si-B، از فرایند آلیاژسازی مکانیکی به‍همراه عملیات‍حرارتی متعاقب آن استفاده شد. با مطالعات انجام گرفته روی سیستم Mo-Si-B، از دو مخلوط پودری با ترکیب‍های (P1) ‍B25-‍Si5/12-Mo و (P1) ‍B10-‍Si25-Mo (درصد اتمی) به‍عنوان مخلوط‍های پودری مبنا استفاده شد. همچنین، از چهار ترکیب دیگر نیز با در نظر گرفتن کاهش مقدار مولیبدن و ثابت نگه داشتن نسبت سیلیسیم به بور در ترکیب مخلوط‍های پودری مبنا استفاده شد. نتایج نشان داد که فازهای ایجاد شده در حین آلیاژسازی مکانیکی و عملیات‍حرارتی مخلوط پودری 1P، به‍نحو قابل‍توجهی وابسته به روش انجام آلیاژسازی مکانیکی، زمان آلیاژسازی مکانیکی و زمان عملیات حرارتی می‍باشند. در نهایت انجام 20 ساعت آلیاژسازی مکانیکی مستقیم به‍همراه 5 ساعت عملیات‍حرارتی متعاقب آن در دمای °C1100، بهینه‍ترین عملیات برای دست‍یابی به پودرهای آلیاژی پایدار از ترکیبات مختلف Mo-Si-B و حاوی فاز Mo 5 SiB 2 تعیین شد. فازهای تشکیل دهنده این پودرها وابسته به ترکیب شیمیایی مخلوط‍های پودری بود. روکش‍کاری جوشی پودرهای آلیاژی فوق منجر به ایجاد پوشش‍هایی چند‍فازی شامل فاز زمینه‍ی Mo 5 SiB 2 +Mo 2 Ni 3 Si شد. ریزساختار پوشش نهایی، نوع و درصد فازهای ایجاد شده در پوشش در حین روکش‍کاری جوشی به‍میزان زیادی وابسته به فازهای تشکیل‍دهنده پودر آلیاژی و درصد آنها در پودر آلیاژی بود. نتایج آزمون‍های اکسیداسیون در دمای °C1000 نشان داد که حضور فاز Mo 5 SiB 2 در ریزساختار پوشش، منجر به بهبود مقاومت به اکسیداسیون پوشش می‍شود، ولیکن میزان تاثیر آن به ریزساختار پوشش و ترکیب‍شیمیایی پوشش وابسته است. ریزساختار چند فازی و حضور فازهای غیرمقاوم نظیر Mo 2 B در ریزساختار پوشش‍های بر پایه‍ی P1 سبب تشکیل پوسته اکسیدی کمپلکس چند فازی در حین اکسیداسیون و ورقه‍ای شدن پوسته اکسیدی شد. در‍حالی‍که ریزساختار فشرده و حضور فاز پیوسته‍ی (Mo,Ni) 5 (Si,B) 3 در ریزساختار پوشش‍های برپایه‍ی P2 سبب تشکیل لایه‍ی پیوسته‍ی SiO 2 در حین اکسیداسیون و ایجاد مقاومت به اکسیداسیون مناسب این پوشش‍ها شد. کلمات کلیدی: روکش‍کاری جوشی، Mo-Si-B، Mo 5 SiB 2 ، آلیاژسازی مکانیکی، ریزساختار، اکسیداسیون

ارتقاء امنیت وب با وف بومی