Skip to main content
SUPERVISOR
Morteza Shamanian esfahani,Mehdi Salehi
مرتضی شمعانیان اصفهانی (استاد راهنما) مهدی صالحی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mostafa Tahary
مصطفی طهری

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1388

TITLE

Development and Thermal Spraying of Nano Structured Composite CoNiCrAlY/YSZ Powder with HVOF Method and Evolution of Its Properties
In this study, the effect of mechanical milling and YSZ addition on properties of HVOF-sprayed CoNiCrAlY/YSZ coatings was investigated. First, various amounts of YSZ powder (0%, 5%, 10% and 15 wt.%) were mixed with CoNiCrAlY powder and milled for 12, 24 and 36 hours. Then, taguchi experimental design method was used to attain optimum thermal spray parameters. Nanocrystalline powders and commercial one deposited on Inconel-617 substrate with HVOF method. The structural, morphological and thermal stability evolutions of the mechanically milled powders and coatings were investigated using X-ray diffractometry, scanning electron microscopy with energy dispersive spectroscopy and optical microscopy. Vickers micro and macro hardness test was used to evaluate the hardness and fracture toughness of powders and coatings. Cyclic oxidation test in 1000°C for 100 hours was performed to probe the oxidation resistance of coatings. The pin-on -disk test with 5 N load and 1000 m sliding distance was used to cold and hot wear resistance assessment of coatings. Cold and hot wear tests were executed at 25°C and 700°C, respectively. The results show that the powder milled for 24 hours have optimum properties. The nanostructured coatings show high porosity (1.2%-5.4%) due to lack of proper powder morphology, unlike the commercial coating ( 0.2%). However, the mechanical properties of composite coatings are better than commercial one owing to existence of YSZ reinforcement. Structural evaluation shows that the 10% YSZ coating have lowest grain growth between coatings. Presence of very fine YSZ particles inhibited grain growth. Oxidation resistance of nanostructured coatings were found to be lower than commercial one due to high level of porosity; while, cold and hot wear resistance of composite coating were superior to commercial coating. . The dominant wear mechanism in cold wear was abrasive in composite coatings and adhesive in commercial one. Moreover, tribochemical wear mechanism was observed in all coatings; while, tribochemical wear mechanism was probably dominant mechanism in hot wear test. Keywords MCrAlY, YSZ, HVOF, high temperature oxidation, wear.
در این تحقیق به بررسی تأثیر استفاده از پودر نانوساختار CoNiCrAlY با و بدون تقویت کننده YSZ با مقادیر 5، 10 و 15 درصد وزنی بر خصوصیات پوشش های حاصل از روش پاشش حرارتی سوخت و اکسیژن با سرعت زیاد پرداخته شده است. به منظور تهیه پودر نانوساختار کامپوزیتی از روش آسیاب کاری مکانیکی با نسبت گلوله به پودر 10:1 و زمان های مختلف آسیاب کاری 12، 24 و 36 ساعت استفاده شد. به منظور بهینه سازی پارامترهای پوشش دهی روش طراحی آزمایش تاگوچی، به کار گرفته شد. پس از به دست آمدن پارامترهای بهینه، پودر نانوساختار CoNiCrAlY، پودرهای نانوساختار کامپوزیتی CoNiCrAlY/YSZ که با مقادیر 5%، 10% و YSZ15% تقویت شده بودند و پودر تجاری، بر روی زیرلایه اینکونل 617 به روش پاشش حرارتی سوخت و اکسیژن با سرعت زیاد پوشش داده شدند. به منظور ارزیابی ریزساختار، مورفولوژی پودر و پایداری حرارتی پودرها و پوشش های مورد نظر از میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی مجهز به سیستم آنالیز طیف سنج انرژی استفاده شد. فازشناسی پودرها و پوشش های حاصله توسط آزمایش پراش پرتو ایکس، سختی پودرها و پوشش ها توسط روش ریزسختی سنجی ویکرز، چقرمگی شکست و چسبندگی پوشش ها نیز به روش سختی سنجی ویکرز انجام شد. ارزیابی مقاومت به اکسیداسیون پوشش توسط آزمایش اکسیداسیون سیکلی به مدت 100 ساعت در دمای 1000 درجه سانتیگراد و ارزیابی مقاومت سایشی در دمای محیط و دمای 700 درجه سانتیگراد با استفاده از روش پین روی دیسک تحت بار 5 نیوتن و مسافت 1000 متر انجام شد. یافته های پژوهش نشان داد که پودرهایی که به مدت 24 ساعت تحت آسیاب کاری مکانیکی قرار گرفته بودند، از نظر ریزساختار، مورفولوژی پودر، خواص مکانیکی و پایداری حرارتی، پودرهای با خواص بهینه هستند. در حالی که پوشش های نانوساختار و کامپوزیتی به دلیل عدم مورفولوژی مناسب پودرهای حاصل از آسیاب کاری، بر خلاف پودر تجاری دارای تخلخل زیادی هستند، اما از نظر خواص مکانیکی به دلیل وجود فاز تقویت کننده، بهبود چشمگیری در پوشش های کامپوزیتی مشاهده شد. بررسی های ریزساختاری پوشش ها نشان داد که وجود ذرات YSZ که در اثر فرایند آسیاب کاری به انداز? کافی خرد و در زمینه توزیع شده اند، مانع از رشد دانه ها در حین پوشش دهی شده اند که این امر در پوشش حاوی YSZ10% به خوبی مشهود است. نتایج حاصل از آزمون اکسیداسیون نشان داد که پوشش های حاصل از پودرهای آسیاب کاری شده، خواص اکسیداسیون ضعیف تری نسبت به پوشش حاصل از پودر تجاری دارند. ارزیابی های انجام شده نشان داد که این پوشش ها به دلیل عدم مورفولوژی مناسب ذرات پودر، دارای تخلخل زیادی هستند که این امر باعث تضعیف مقاومت به اکسیداسیون آنها شده است. ارزیابی رفتار سایشی پوشش ها نشان داد که پوشش حاوی YSZ5% با نرخ سایش (mm 3 /Nm) 5- 10×1 / 1 مقاومت به سایش بهتری نسبت به دیگر پوشش‌ها مخصوصاً پوشش حاصل از پودر تجاری با نرخ سایش (mm 3 /Nm) 5- 10×9 / 5 داشته است. ارزیابی رفتار سایشی دمای بالا نیز نشان داد که پوشش حاوی YSZ5% با رسیدن به ضریب اصطکاکی در حدود 15/0 کمترین ضریب اصطکاک را در بین پوشش‌ها داشته است. همچنین این پوشش با نرخ سایش (mm 3 /Nm) 6- 10×54/3 کمترین نرخ سایش دمای بالا را در میان پوشش‌های مورد بررسی از خود نشان داده است، این در حالی است که پوشش حاصل از پودر تجاری با نرخ سایش (mm 3 /Nm) 6- 10×8/28 بیشترین نرخ سایش دمای بالا را دارا بوده است. واژگان کلیدی : MCrAlY، زیرکونیای پایدار شده با ایتریا، اکسیداسیون دمای بالا، سایش، HVOF

ارتقاء امنیت وب با وف بومی