Skip to main content
SUPERVISOR
Morteza Shamanian esfahani,Mehdi Salehi
مرتضی شمعانیان اصفهانی (استاد راهنما) مهدی صالحی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mahdi Rafiei
مهدی رفیعی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1388

TITLE

Development and Characterization of B4C-TiB2-TiC-Ni Cermet Novel Coatings Produced by HVOF Process
In this study, B 4 C-Ni and B 4 C-TiB 2 -TiC-Ni composite coatings were thermally sprayed on the surface of 4130 steel substrate by high velocity oxy-fuel (HVOF) torch. Before HVOF process, the B 4 C-Ni and B 4 C-TiB 2 -TiC-Ni composite powders were prepared by mechanical alloying (MA) and spray drying processes. In order to study the oxidation behavior of coatings, thermo-gravimetric analysis (TGA) was done at three temperatures of 500, 700 and 900 ? C for 35 h. Structural evolution of powder particles and coatings was investigated by X-ray diffractometry (XRD). The microstructure of coatings was studied by scanning electron microscopy (SEM). It was found that during TGA experiments of B 4 C-Ni coating, spallation was occurred at all temperatures, indicating the formation of non-protective oxide scale on the surface of this coating. First oxidation and then with increasing time, spallation were the predominant processes at 700 and 900 ? C. No spallation was seen in TGA experiments of B 4 C-TiB 2 -TiC-Ni coating. Formation of the protective oxide scale on the surface of this coating decreased the oxidation rate with increasing time. Keywords Mechanical alloying, HVOF process, B 4 C-TiB 2 -TiC-Ni coatings, Oxidation kinetics
هدف از انجام این پژوهش، تولید، مشخصه‌یابی و ارزیابی رفتار اکسیداسیون و سایش دمای پایین و بالای پوشش کامپوزیتی 4 C-TiB 2 -TiC-Ni می‌باشد. بدین منظور در ابتدا پودر سرامیکی B 4 C-TiB 2 -TiC توسط فرایند آسیاب‌کاری از طریق واکنش میان پودرهای Ti و B 4 C تولید و سپس مشخصه‌یابی شد. در ادامه با افزودن پودر Ni به این ترکیب و انجام فرایند خشک کردن پاششی، پودر کامپوزیتی B 4 C-TiB 2 -TiC-Ni توسط فرایند پاشش شعله‌ای پرسرعت (HVOF) روی سطح زیرلایه‌ی فولاد 4130 پوشش داده شد. به منظور بررسی بهتر رفتار این پوشش، پوشش سرمتی B 4 C-Ni نیز تولید و خواص آن با پوشش اصلی مقایسه شد. در ادامه با انجام آزمون‌های اکسیداسیون سیکلی پوشش‌ها و زیرلایه‌ی فولادی در دماهای 500، 700 و 900 درجه سانتیگراد و به مدت 35 ساعت رفتار اکسیداسیون پوشش‌ها و زیرلایه‌ی فولادی مورد بررسی قرار گرفت. رفتار تریبولوژیکی پوشش‌ها و فولاد 4130 نیز در دمای محیط و تحت سه بار 1، 3 و 5 نیوتن مورد بررسی قرار گرفت. همچنین رفتار تریبولوژیکی دمای بالا نیز تحت بار 3 نیوتن و در دماهای 300، 500 و 700 درجه سانتیگراد مورد ارزیابی قرار گرفت. جهت مشخصه‌یابی ذرات پودر تولیدی، پوشش‌ها و نمونه‌های اکسیداسیون و سایش از آنالیزهای ریزسختی سنجی، آنالیز حرارتی افتراقی (DTA)، پراش پرتو ایکس (XRD)، میکروسکوپ نوری (OM)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (FESEM)، میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM)، آنالیز طیف‌سنجی توزیع انرژی (EDS) و پروفیل‌سنج سطحی تماسی استفاده شد. آلیاژسازی مکانیکی مخلوط پودری Ti و B 4 C‌ با نسبت‌های استوکیومتری مختلف نشان‌دهنده‌ی انجام واکنش میان این دو ماده به صورت تدریجی و تولید ترکیب‌های TiB 2 و TiC‌ بود. مشخص شد در ابتدا با تجزیه‌ی سطحی ذرات پودر B 4 C، عناصر بور و کربن تولید شدند و در ادامه با نفوذ کربن در تیتانیوم، ترکیب TiC و سپس با نفوذ بور در ساختار تیتانیوم، ترکیب TiB 2 ‌ ایجاد شد. همچنین برخی از ذرات پودر تولیدی پس از 30 ساعت آلیاژسازی مکانیکی در ابعاد زیر 100 نانومتر بودند. تحلیل ترمودینامیکی وقوع واکنش در این سیستم نیز تدریجی بودن واکنش‌ها در حین آسیاب‌کاری را تائید کرد. پوشش B 4 C-TiB 2 -TiC-Ni رفتار اکسیداسیون شبه‌مکعبی از خود نشان داد و لایه‌ی اکسیدی تشکیل شده روی سطح این پوشش نسبتا متخلخل و با چسبندگی مناسب به سطح پوشش بود که مانند یک سد نفوذی باعث بهبود رفتار اکسیداسیون این پوشش شد. همچنین مشخص شد که انحلال اکسیژن در پوشش عامل ایجاد رفتار اکسیداسیون شبه‌مکعبی در این پوشش بود، درحالی‌که پوشش B 4 C-Ni‌ در حین آزمون TGA علاوه بر رفتار اکسیداسیون خطی، پوسته‌ای شدن را نیز از خود نشان داد که بیانگر مقاومت به اکسیداسیون ضعیف و پوسته‌ای شدن این پوشش بود. رفتار اکسیداسیون فولاد 4130 نیز از قانون خطی پیروی کرد. همچنین تشکیل یک لایه‌ی اکسیدی ضخیم، متخلخل و حاوی ترک‌های وسیع که باعث جذب راحت‌تر اکسیژن روی سطح تمیز فولاد می‌شود، باعث مقاومت به اکسیداسیون ضعیف این ماده در دماهای بالاتر از 500 درجه سانتیگراد شد. نتایج آزمون سایش بیانگر این بود که پوشش B 4 C-TiB 2 -TiC-Ni در مقایسه با فولاد 4130 و پوشش B 4 C-Ni مقاومت سایشی بهتری تا دمای 500 درجه سانتیگراد از خود نشان می‌دهد. همچنین پوشش B 4 C-Ni رفتار سایشی ضعیف‌تری در تمامی دماها در مقایسه با فولاد 4130 و پوشش B 4 C-TiB 2 -TiC-Ni از خود نشان داد. مکانیزم سایش فولاد 4130 در دمای محیط سایش خراشان بود که با افزایش دما تا 700 درجه سانتیگراد سایش تریبوشیمی نیز فعال شد. در پوشش B 4 C-Ni در دمای محیط سایش ورقه‌ای مکانیزم غالب سایش بود که با افزایش دما مکانیزم‌ سایش چسبان نیز فعال شد و در دمای 700 درجه سانتیگراد سایش ورقه‌ای غالب شد. پوشش B 4 C-TiB 2 -TiC-Ni نیز در دمای محیط سایش ورقه‌ای نشان داد که با افزایش دما مکانیزم‌های سایش چسبان و تریبوشیمی نیز مشاهده شدند. کلمات کلیدی: آلیاژسازی مکانیکی ، فرایند HVOF، پوشش‌ B 4 C-TiB 2 -TiC-Ni، سینتیک اکسیداسیون، سایش دمای بالا.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی