Skip to main content
SUPERVISOR
Morteza Shamanian esfahani,Mehdi Salehi
مرتضي شمعانيان اصفهاني (استاد راهنما) مهدي صالحي (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mahdi Rafiei
مهدي رفيعي

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
چکيده هدف از انجام اين پژوهش، توليد، مشخصه‌يابي و ارزيابي رفتار اکسيداسيون و سايش دماي پايين و بالاي پوشش کامپوزيتي 4 C-TiB 2 -TiC-Ni مي‌باشد. بدين منظور در ابتدا پودر سراميکي B 4 C-TiB 2 -TiC توسط فرايند آسياب‌کاري از طريق واکنش ميان پودرهاي Ti و B 4 C توليد و سپس مشخصه‌يابي شد. در ادامه با افزودن پودر Ni به اين ترکيب و انجام فرايند خشک کردن پاششي، پودر کامپوزيتي B 4 C-TiB 2 -TiC-Ni توسط فرايند پاشش شعله‌اي پرسرعت (HVOF) روي سطح زيرلايه‌ي فولاد 4130 پوشش داده شد. به منظور بررسي بهتر رفتار اين پوشش، پوشش سرمتي B 4 C-Ni نيز توليد و خواص آن با پوشش اصلي مقايسه شد. در ادامه با انجام آزمون‌هاي اکسيداسيون سيکلي پوشش‌ها و زيرلايه‌ي فولادي در دماهاي 500، 700 و 900 درجه سانتيگراد و به مدت 35 ساعت رفتار اکسيداسيون پوشش‌ها و زيرلايه‌ي فولادي مورد بررسي قرار گرفت. رفتار تريبولوژيکي پوشش‌ها و فولاد 4130 نيز در دماي محيط و تحت سه بار 1، 3 و 5 نيوتن مورد بررسي قرار گرفت. همچنين رفتار تريبولوژيکي دماي بالا نيز تحت بار 3 نيوتن و در دماهاي 300، 500 و 700 درجه سانتيگراد مورد ارزيابي قرار گرفت. جهت مشخصه‌يابي ذرات پودر توليدي، پوشش‌ها و نمونه‌هاي اکسيداسيون و سايش از آناليزهاي ريزسختي سنجي، آناليز حرارتي افتراقي (DTA)، پراش پرتو ايکس (XRD)، ميکروسکوپ نوري (OM)، ميکروسکوپ الکتروني روبشي (SEM)، ميکروسکوپ الکتروني روبشي گسيل ميداني (FESEM)، ميکروسکوپ الکتروني عبوري (TEM)، آناليز طيف‌سنجي توزيع انرژي (EDS) و پروفيل‌سنج سطحي تماسي استفاده شد. آلياژسازي مکانيکي مخلوط پودري Ti و B 4 C‌ با نسبت‌هاي استوکيومتري مختلف نشان‌دهنده‌ي انجام واکنش ميان اين دو ماده به صورت تدريجي و توليد ترکيب‌هاي TiB 2 و TiC‌ بود. مشخص شد در ابتدا با تجزيه‌ي سطحي ذرات پودر B 4 C، عناصر بور و کربن توليد شدند و در ادامه با نفوذ کربن در تيتانيوم، ترکيب TiC و سپس با نفوذ بور در ساختار تيتانيوم، ترکيب TiB 2 ‌ ايجاد شد. همچنين برخي از ذرات پودر توليدي پس از 30 ساعت آلياژسازي مکانيکي در ابعاد زير 100 نانومتر بودند. تحليل ترموديناميکي وقوع واکنش در اين سيستم نيز تدريجي بودن واکنش‌ها در حين آسياب‌کاري را تائيد کرد. پوشش B 4 C-TiB 2 -TiC-Ni رفتار اکسيداسيون شبه‌مکعبي از خود نشان داد و لايه‌ي اکسيدي تشکيل شده روي سطح اين پوشش نسبتا متخلخل و با چسبندگي مناسب به سطح پوشش بود که مانند يک سد نفوذي باعث بهبود رفتار اکسيداسيون اين پوشش شد. همچنين مشخص شد که انحلال اکسيژن در پوشش عامل ايجاد رفتار اکسيداسيون شبه‌مکعبي در اين پوشش بود، درحالي‌که پوشش B 4 C-Ni‌ در حين آزمون TGA علاوه بر رفتار اکسيداسيون خطي، پوسته‌اي شدن را نيز از خود نشان داد که بيانگر مقاومت به اکسيداسيون ضعيف و پوسته‌اي شدن اين پوشش بود. رفتار اکسيداسيون فولاد 4130 نيز از قانون خطي پيروي کرد. همچنين تشکيل يک لايه‌ي اکسيدي ضخيم، متخلخل و حاوي ترک‌هاي وسيع که باعث جذب راحت‌تر اکسيژن روي سطح تميز فولاد مي‌شود، باعث مقاومت به اکسيداسيون ضعيف اين ماده در دماهاي بالاتر از 500 درجه سانتيگراد شد. نتايج آزمون سايش بيانگر اين بود که پوشش B 4 C-TiB 2 -TiC-Ni در مقايسه با فولاد 4130 و پوشش B 4 C-Ni مقاومت سايشي بهتري تا دماي 500 درجه سانتيگراد از خود نشان مي‌دهد. همچنين پوشش B 4 C-Ni رفتار سايشي ضعيف‌تري در تمامي دماها در مقايسه با فولاد 4130 و پوشش B 4 C-TiB 2 -TiC-Ni از خود نشان داد. مکانيزم سايش فولاد 4130 در دماي محيط سايش خراشان بود که با افزايش دما تا 700 درجه سانتيگراد سايش تريبوشيمي نيز فعال شد. در پوشش B 4 C-Ni در دماي محيط سايش ورقه‌اي مکانيزم غالب سايش بود که با افزايش دما مکانيزم‌ سايش چسبان نيز فعال شد و در دماي 700 درجه سانتيگراد سايش ورقه‌اي غالب شد. پوشش B 4 C-TiB 2 -TiC-Ni نيز در دماي محيط سايش ورقه‌اي نشان داد که با افزايش دما مکانيزم‌هاي سايش چسبان و تريبوشيمي نيز مشاهده شدند. کلمات کليدي: آلياژسازي مکانيکي ، فرايند HVOF، پوشش‌ B 4 C-TiB 2 -TiC-Ni، سينتيک اکسيداسيون، سايش دماي بالا.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی