Skip to main content
SUPERVISOR
رضا مظفری نیا (استاد راهنما) سیدفخرالدین اشرفی زاده (استاد راهنما) حمیدرضا سلیمی جزی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Mazaher Ramazani
مظاهر رمضانی

FACULTY - DEPARTMENT

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

TITLE

Preperation and Evaluation of the Tribological Behaviour of NiAl-Cr2O3-Ag-CNT-WS2 Nanocomposite Self-Lubricating Coating
The aim of the current study was to design and investigate the tribological behaviour of NiAl-Cr 2 O 3 -Ag-CNT-WS 2 adaptive self-lubricating coating. For this purpose, feedstock powders with various compositions were prepared by spray drying technique and then plasma sprayed onto carbon steel substrates. The microstructures and worn surfaces of the coating were examined by SEM, EDS and Raman spectroscopy. The tribological properties of the coatings were tested by a high-temperature tribometer in a dry environment from room temperature to high temperature and in a natural humid environment. Preliminary results showed that a new adaptive coating with NiAl-Cr 2 O 3 -Ag-CNT-WS 2 components for humid, dry and mid temperature applications was successfully designed. Coating whose additives were all nano-sized, compared to the coating that only CNTs were nano-sized, possessed a lower and more stable friction coefficient. It was found that the specimen containing 7 vol. % Ag, 7 vol. % CNT and 7 vol. % WS 2 had the best frictional performance. The average room temperature friction coefficient of this coating was 0.36 in humid atmosphere, 0.32 in dry atmosphere, and 0.3, 0.28, 0.26 and 0.28 at 100, 200, 300 and 400 o C, respectively. This coating was selected as the coating with the optimized composition. The results also revealed that lubrication mechanism at humid condition was the formation of a lubricious graphite layer on the coating worn surface. Lowering friction coefficient of the coating at dry condition was due to formation of a layer containing a mixture of tungsten sulphide and graphite on the wear surface, and the development of a glaze layer made of a mixture of silver, nickel oxide and chromium oxide along with carbon nanotubes that resulted in the self-lubrication behaviour at moderate temperatures. The results of this study suggested that the optimized coating described could be valuable for sliding contact components in advanced heat and high temperature engines. Keywords: Nanocomposite coating; Solid lubricants; Self-lubrication, Adaptive coatings, High temperature wear; Coefficient of friction
در ترکیب پوشش‌های تطبیقی دو یا چند روانکار جامد وجود دارد که هر یک از آنها وظیفه روانکاری در یکی از شرایط محیطی یا کاری را به‌ عهده دارند. هدف از انجام این پژوهش طراحی، ایجاد، بهینه‌سازی و ارزیابی خواص تریبولوژیکی پوشش تطبیقی NiAl-Cr 2 O 3 -Ag-CNT-WS 2 است. در این پوشش NiAl بعنوان زمینه، Cr 2 O 3 بعنوان فاز سخت‌کننده و Ag، CNT و WS 2 به‌ترتیب بعنوان روانکارهای دمای متوسط (تا 400 درجه‌سانتی‌گراد)، شرایط خشک و شرایط خلأ می‌باشد. برای انجام این تحقیق ابتدا پودر آگلومره شده NiAl-Cr 2 O 3 -Ag-CNT-WS 2 به روش خشک‌کردن پاششی تولید و با استفاده از آن نمونه‌هایی از پوشش به روش پاشش پلاسمایی تهیه شد. ارزیابی‌های ساختاری و تریبولوژیکی نمونه‌های پوشش، شامل آزمون‌های سایش در شرایط خشک، مرطوب و در دمای بالا روی نمونه‌ها انجام شد. بررسی نتایج نشان داد که پوششی که همه افزودنی‌های آن نانواندازه هستند نسبت به پوششی که در ساختار آن فقط CNTs نانواندازه است، دارای ساختار همگن‌تر با توزیع یکنواخت‌تر فازها و ضریب اصطکاک کمتر بوده و پایداری ضریب اصطکاک آن نیز در دمای بالا بیشتر است. در مرحله بعد بهینه‌سازی ترکیب شیمیایی‌ پوشش انجام شد. برای این منظور نمونه‌هایی از پوشش حاوی مقادیر مختلف از روانکار‌های جامد تهیه و مورد ارزیابی قرار گرفت. اطلاعات حاصل از ارزیابی تریبولوژیکی نمونه‌ها نشان ‌داد که ترکیب حاوی7 درصد حجمی از هر یک از روانکارهای جامد نقره، نانولوله کربنی و سولفید تنگستن کمترین مقدار ضریب اصطکاک و بهترین رفتار تطبیقی را نسبت به سایر پوشش‌ها دارد. این پوشش در شرایط مرطوب ضریب اصطکاک 36/0، در شرایط خشک 32/0 و در دماهای 100، 200، 300 و 400 درجه‌سانتی‌گراد به ترتیب ضریب اصطکاک 3/0، 28/0، 26/0 و 28/0 را نشان داد. بررسی ریزساختار این پوشش نشان داد که پوشش دارای ساختار نسبتا یکنواخت لایه‌ای شامل اسپلت‌ها، حفرات و ترک‌های بین اسپلتی است. برای تعیین مکانیزم کاهش ضریب اصطکاک، سطح سایش پوشش بهینه توسط روش‌های EDS و طیف‌سنجی رامان مورد آنالیز قرار گرفت. نتایج نشان داد که مکانیزم روانکاری در شرایط مرطوب تبدیل نانولوله کربنی به گرافیت در سطح سایش و روانکاری سطح توسط گرافیت است. در شرایط خشک حضور گرافیت و سولفید تنگستن و روانکاری هم‌زمان توسط این دو روانکار (بصورت هم افزا) عامل روانکاری در سطح سایش است. در دمای بالا یک لایه لعابی از جنس مخلوط نقره و اکسید نیکل و احتمالاً اکسید کروم در سطح سایش تشکیل شده که عامل روانکاری در دمای بالا است. جمع بندی کلی نتایج این تحقیق حاکی از آن است که پوشش طراحی شده رفتار تطبیقی قابل قبولی دارد و پوشش iAl-Cr 2 O 3 -Ag-CNT-WS 2 حاوی حدود 7 درصد حجمی از هر یک از روانکارهای جامد نقره، نانولوله کربنی و سولفید تنگستن پوشش با ترکیب بهینه است. همچنین مکانیزم روانکاری در این پوشش، انتقال یک یا دو روانکار جامد به سطح سایش و تشکیل یک لایه لغزنده روی سطح سایش می‌باشد. کلمات‌کلیدی: تریبولوژی، پوشش‌ نانوکامپوزیتی، پوشش خودروانکار، پوشش تطبیقی، روانکار جامد، اصطکاک، روانکاری، دمای بالا

ارتقاء امنیت وب با وف بومی