Skip to main content
SUPERVISOR
Morteza Shamanian esfahani,Mohammad Hossei Enayati
مرتضی شمعانیان اصفهانی (استاد راهنما) محمدحسین عنایتی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Parisa Ashtijoo
پریسا اشتی جو

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1388
In the current investigation, mechanical alloying technique was utilized to produce a nanocomposite TiAl/TiC/TiAl 2 C coating on Ti substrate. Poor wear resistance and low hardness of Ti hinder its further application. Fabrication of high resistance coating on Ti substrate is one of the beneficial ways to improve its trybological properties. TiAl intermetallic compounds are noteworthy because of high oxidation resistance and good mechanical properties. One of the most promising methods recently utilized for coating is mechanical alloying. The coating process along with mechanical alloying was the results of repetitive cold welding and fracturing of powder particles with each other and with hard specimen surface due to ball-powder-substrate impacts. Three approaches were considered to fabricate TiAl/20 wt% stoichiometric composition. First, Mechanical alloying of Ti-Al-C; Second, Mechanical alloying of Ti-Al-TiC and at last Mechanical alloying of Ti-Al-C powder in planetary ball mill for 70 hours. In this study, milling time, ball to powder ratio (BPR) and ball size on thickness, hardness and coating morphology was examined. The samples milled for different time were subjected to heat treatment at 900°C for 90 min in vacuum furnace. In this regard, X-ray diffraction (XRD) analysis, scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) were employed to investigate phase transformation, microstructural and morphological evolutions. Microhardness and roughness were also used to characterize mechanical properties of the coating. As the result of first method, the best coating was formed by 4mm ball size and BPR of 10:1 which increasing in ball size and BPR led to formation of non-uniform coating. The final grain size of 12 h milled sample was estimated to be around 18 nm. Hardness and coating thickness was increased by increasing milling time which they reached 460 HV and 43 µm respectively. Roughness also decreased by milling time. Nano Scale AlTi 2 C, AlTi 2 , and TiC phases were detected after heat treatment. The approximate grain sizes of AlTi 2 C and AlTi 2 after 12 h of milling was 35 nm while that of TiC phase was about 20 nm. Hardness and roughness of coating surface also increased after heat treatment. In the second approach, TiC particles led to the formation of non dense coating, specially, in the first stages of milling. The roughness and hardness increased due to increasing in mechanical alloying time. Al 3 Ti/TiC/AlTi 2 C nanocomposite coating formed in the first stage of milling and AlTi 2 /TiC/AlTi 2 C nanocomposite coating was detected by increasing in milling time. In third method, Al-Ti-C powder was milled by planetary ball mill for 70 hours and then coated on Ti sub-layer. Because of the presence of brittle powder, coating morphology was non-uniform and dense. Keywords: Mechanical alloying, coating, intermetallic compounds, nanocomposite
: در این تحقیق از روش آسیابکاری مکانیکی برای ایجاد پوشش نانو کامپوزیتی با ترکیبات بین فلزی TiAl/TiC/TiAl 2 C روی سطح تیتانیم استفاده شده است. تیتانیم دارای خواص تریبولوژیکی ضعیف و سختی پایین است. ایجاد پوشش‌های مقاوم بر روی تیتانیم جهت بهبود خواص تریبولوژیکی آن راه حل مناسبی است. در این راستا ترکیبات بین فلزی سیستم Ti-Al به دلیل مقاومت اکسیداسیون بالا و خواص مکانیکی مطلوب، مورد توجه قرار گرفته اند. بعلاوه اضافه کردن ذرات تقویت کننده باعث تقویت خواص مکانیکی این پوشش‌ها می‌شود. آسیابکاری مکانیکی روش پوشش‌دهی جدیدی است که در این تحقیق استفاده شده است. اساس این روش قرار دادن زیرلایه و پودر همراه با تعداد زیادی گلوله در محفظه دستگاه آسیابکاری ارتعاشی می‌باشد. در طول آسیابکاری مکانیکی، سطح قطعه با تعداد زیادی گلوله‌های متحرک برخورد می‌کند. در اثر برخورد گلوله و پودر با سطح قطعه، پودر روی سطح زیرلایه جوش سرد خورده و پوشش تشکیل می‌شود. برای ایجاد پوشش از نسبت استوکیومتری TiAl/20 wt% TiC استفاده و سه روند دنبال شد. اول آسیابکاری مخلوطی از پودر Ti، Al و C، دوم آسیابکاری مخلوطی از پودر Ti، Al و TiC و در آخر، پودر Ti، Al و C آسیابکاری شده در دستگاه آسیابکاری گلوله ای به مدت 70 ساعت. در این تحقیق تأثیر زمان آسیابکاری، نسبت گلوله به پودر و قطر گلوله‌ها بر روی ضخامت، زبری سطح، سختی و ساختار پوشش مورد بررسی قرار گرفت. عملیات حرارتی در دمای 900 درجه سلسیوس به مدت 90 دقیقه در کوره تحت خلأ روی نمونه‌ها انجام گرفت. به منظور مشخصه‌یابی و بررسی مورفولوژیکی پوشش تولید شده، نمونه‌ها تحت آزمایش‌های پراش پرتو ایکس (XRD)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، آنالیز تفکیک انرژی (EDS) قرار گرفتند. میکرو سختی سنجی و زبری سنجی نیز برای بررسی خواص مکانیکی پوشش مورد بررسی قرار گرفتند. در روند اول، بهترین پوشش با نسبت گلوله به پودر 10:1 و قطر گلوله mm 4 حاصل شد که با افزایش نسبت گلوله به پودر و قطر گلوله، غیر یکنواختی در پوشش افزایش یافت. بعد از 12 ساعت آسیابکاری اندازه دانه به nm 18 رسید و سختی و ضخامت پوشش با افزایش زمان آسیابکاری افزایش و در 10 ساعت به ترتیب به HV 460 و µm 43 رسید. زبری سطح نیز با افزایش زمان آسیابکاری کاهش یافت. همچنین عملیات حرارتی منجر به تشکیل نانو کامپوزیت با زمینه آلومیناید تیتانیم همراه با تقویت‌کننده TiC و AlTi 2 C شد.اندازه دانه فاز AlTi 2 و AlTi 2 C بعد از 12 ساعت آسیابکاری nm 35 بود در حالی که اندازه دانه فاز TiC حدود 20 نانومتر شد. سختی و زبری سطح پوشش نیز پس از عملیات حرارتی افزایش یافت. در روند دوم، حضور ذرات ترد TiC سبب نامتراکم شدن پوشش در زمان‌های اولیه آسیابکاری شد. سختی و زبری سطح با افزایش زمان آسیابکاری افزایش یافت. با انجام عملیات حرارتی روی نمونه‌ها باعث تشکیل پوشش کامپوزیتی با زمینه Al 3 Ti/TiC/TiAl 2 C در زمان‌های پایین آسیابکاری و پوشش کامپوزیتی TiAl 2 /TiC/TiAl 2 C در زمان‌های بالاتر شد. بعد از عملیات حرارتی سختی افزایش و زبری سطح کاهش یافته است. در روند سوم، پودر Ti، Al و C در ابتدا در دستگاه آسیابکاری گلوله ای تا 70 ساعت آسیابکاری شد و سپس این پودر روی زیرلایه تیتانیم پوشش داده شد. پوشش بدست آمده به دلیل ترد بودن ساختار پودر دارای کندگی و غیر یکنواختی بود. واژه‌های کلیدی: آلیاژسازی مکانیکی، پوشش، ترکیبات بین‌فلزی، تیتانیم، کامپوزیت

ارتقاء امنیت وب با وف بومی