Skip to main content
SUPERVISOR
Mehdi Ahmadian,Mehdi Salehi
مهدی احمدیان (استاد راهنما) مهدی صالحی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Omid Mehrabani
امید مهربانی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1387
In this work, the influence of the type of binder (cobalt and iron aluminide intermetallic) on microstructure, mechanical properties and wear resistance of high velocity oxy-fuel (HVOF) sprayed tungsten carbide-based hardmetal coating was studied. Intermetallic binder, with different amount of boron 0, 0.05 and 0.1 weight percent B, were produced using vacuum arc melting and cast chill, prepared under controlled atmosphere using ring grinding, blended with tungsten carbide powder (7 µm) and then sintered and crushed into particles large enough to flow in the spray equipment. The mechanical and wear properties of the intermetallic composite coating compared with the prepared conventional cobalt binder coating WC-30 vol%Co and commercial coating WC-20 vol%Co. The coating characterization included optical microscopy and scanning electron microscopy of metallugraphically prepared cross section, hardness and toughness measurement, phase composition by X-ray diffraction and wear behavior by ball on disk. Based on x-ray diffraction result, the proportion of WC transformed to W 2 C is higher for all of the WC-Co compared with the WC-(FeAl-B) Coating and in WC-Co coating no traces of ?-carbide phases (Co 6 W 6 C, Co 3 W 3 C) were observed. Result showed that the hardness of WC-FeAl Coatings is higher than those WC-Co coatings. The toughness was found to be improved when boron doped with iron aluminide in intermetallic matrix composite coatings. The study of wear tracks indicated that the dominant wear mechanism in both WC-Co and WC-(FeAl-B) coating was carbide pull out and subsurface fracture. The iron aluminide binder doped with 0.05 wt% boron had lower coefficient of friction and weight loss than the other coating even with commercial coating WC-20 vol%Co witch has a lower percentage of binder phase and tungsten carbide particle size (0.7 µm) were competitive. In addition, the friction and wear behavior at elevated temperature and failure mechanism of coatings were investigated. The result indicated that the sliding wear resistance of WC-FeAl-0.05B coating is higher than that of WC-Co coating at high temperature. Subsurface fracture, carbide pull out and WC grain break dominant in both coating but in WC-Co coating followed with extrusion of the supporting binder phase and adhesive wear. WC-(FeAl-B) coating showed an improvement in wear properties at low temperature and significantly at high temperature than WC-Co coating. Keywords Composite coating, Tungsten carbide, Iron alumonide, Thermal spray, HVOF, Wear, Toughness
در این پژوهش جایگزینی کبالت به عنوان زمینه با ترکیب بین‌فلزی FeAl با افزودنی بُر در سرمت‌های پایه کاربید تنگستن مورد پژوهش قرار گرفته است. بر این اساس پوشش‌های کاربید تنگستن (با اندازه ذرات 7 میکرومتر) با زمینه بین فلزی FeAl به روش پاشش حرارتی HVOF بر روی زیرلایه فولاد ساده کربنی پاشش شدند. به منظور بهبود خواص آلومیناید آهن نظیر شکل‌پذیری و تردی، مقادیر مختلف بُر شامل صفر، 05/0 و 1/0 درصد وزنی به آن اضافه شد. پوشش‌های کامپوزیتی زمینه بین‌فلزی مذکور با پوشش‌های کامپوزیتی مرسوم زمینه کبالت WC-30 vol%Co و پوشش تجاری WC-20 vol%Co از نظر خواص مکانیکی و سایشی مقایسه شدند. این پوشش‌ها از نظر ریز‌ساختاری، فازهای تشکیل دهنده، سختی، چقرمگی و رفتار سایشی مورد مطالعه قرار گرفتند. نتایج بدست آمده تائید کننده قابلیت ساخت و توسعه پوشش‌های کامپوزیتی زمینه بین‌فلزی با روش پاشش حرارتی است. بر اساس نتایج پراش سنجی اشعه ایکس پوشش‌های کامپوزیتی زمینه بین‌فلزی متشکل از جزء اصلی کاربید تنگستن هستند و نسبت به پوشش‌های با زمینه کبالت دارای فازهای کمپلکس نبوده و از مقدار کمتری فاز ترد W 2 C تشکیل شده‌اند. نتایج سختی اندازه‌گیری شده از این پوشش‌ها نشان دهنده سختی بالاتر پوشش‌های WC-FeAl نسبت به پوشش‌های زمینه کبالت است. بررسی‌های انجام شده بر چقرمگی این پوشش‌ها نشان دهنده بهبود چقرمگی پوشش‌های زمینه بین‌فلزی با افزودن بُر است. نتایج سایشی بدست آمده مشخص می‌کند که مکانیزم سایش در هر دو پوشش WC-Co و پوشش کامپوزیتی زمینه بین‌فلزی یکسان بوده و مکانیزم غالب، جدا شدن ذرات از سطح و رشد ترک‌های زیرسطحی هستند. بررسی‌های سایشی انجام گرفته بر روی پوشش‌های تهیه شده نشان داد که پوشش کامپوزیتی زمینه بین‌فلزی حاوی 05/0 درصد وزنی بُر ضریب اصطکاک و کاهش وزن کمتری نسبت به پوشش‌ WC-30 vol%Co داشته به طوریکه حتی با پوشش تجاری WC-20 vol%Co که دارای درصد فاز زمینه کمتر و اندازه ذرات WC (7/0 میکرومتر) کمتر است قابل رقابت هستند. افزودن بُر به این کامپوزیت‌ها منجر به دست‌یابی به خواص سایشی در حد پوشش‌های تجاری شده است که به دلیل سختی بالاتر فاز زمینه آلومیناید آهن در مقایسه با کبالت است. از طرف دیگر بررسی‌های سایش در دمای بالا نیز بر روی پوشش کامپوزیتی زمینه بین‌فلزی انجام شد و نتایج بیانگر مقاومت سایشی بسیار بالاتر این پوشش‌ها نسبت به پوشش‌های با زمینه کبالت است. لذا پوشش‌های کامپوزیتی WC-FeAl-B خواص سایشی مناسب‌تری در دمای پایین و رفتار بسیار مناسب‌تری در دماهای بالا نسبت به پوشش‌های مرسوم با زمینه کبالت دارا هستند و پتانسیل کاربرد در دماهای بالا را دارند. واژگان کلیدی: پوشش کامپوزیتی، کاربید تنگستن، آلومیناید آهن، پاشش حرارتی، HVOF، سایش، چقرمگی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی