Skip to main content
SUPERVISOR
رضا شجاع رضوي (استاد مشاور) علي سعيدي (استاد راهنما) مرتضي شمعانيان اصفهاني (استاد راهنما)
 
STUDENT
Majid Zarezadeh mehrizi
مجيد زارع زاده مهريزي

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1389
The aim of this study was development of new composite coatings based on Co-W-Si ternary system which has good oxidation resistance in high temperature. For this, first, Co (ss) /CoWSi-WSi 2 nanocomposite powder was synthesized by mechanical alloying and subsequent heat treatment. The synthesized powder was precipitated on Ni substrate and cladded by laser. Different laser cladding parameters were investigated and optimized parameters were obtained for having coating with almost 15at% Ni. After optimization of parameters such as beam power, scanning rate and overlapping, the microstructure and hardness of coating were characterized. To clarify oxidation resistance, the coating was cyclically oxidized at 900, 1100 and 1300 ?C. The results showed that WSi 2 and CoWSi were formed after 30 h and 50 h ball milling, respectively. Heat treatment was done on 30 h ball milled powder at 1100 ?C for 4 h and Co (ss) /CoWSi-WSi 2 nanocomposite was produced. The produced powder was precipitated on Ni substrate with 1 mm thickness and laser cladding parameters including beam power: 450 W, scanning rate: 2.5 mm.s -1 and overlapping; 50% was obtained as optimized parameters. After laser cladding, phase investigation showed that using the thermal stabilized powder caused Co (ss) /CoWSi-WSi 2 coating without any unexpected phases. The microstructure of coating was dense, crack-free and formed from three different zones with equiax, dendritic and eqiax structures. The microhardness result showed that the hardness of coating was 950 HV and distributed uniformly to substrate. The oxidation results confirmed diffusion-control mechanism at three temperatures. The oxide scale was dense, without any cracks and SiO 2 -rich at 900 ?C, while at 1100 ?C, the oxide scale was thicker, dense and mixture of tungsten, cobalt and silica oxides. At 1300 ?C, the double scale was formed; outer layer was SiO 2 -rich and inner layer was enrichment of tungsten and cobalt with alittle oxygen concentration. At initial stage of oxidation at 1300 ?C, spinel phases were formed by solid state reaction between parent metal oxides. The spinels spalled and separated from the scale. After that, SiO 2 -rich layer covered the surface and reduced oxidation rate. Based on these results, inward diffusion of oxygen controlled the oxidation reactions at three temperatures. Keywords: Oxidation resistance, laser cladding, Co (ss) /CoWSi-WSi 2 , mechanical alloying, microstructure
چکيده هدف از انجام اين تحقيق توسعه پوشش هاي کامپوزيتي جديد بر پايه سيستمCo-W-Si بوده که مقاومت به اکسيداسيون مناسبي در دماهاي بالا داشته باشد. در اين راستا، ابتدا، پودر نانوکامپوزيتي Co (ss) /CoWSi-WSi 2 به روش آلياژسازي مکانيکي و عمليات حرارتي توليد شد. پودر به دست آمده روي زيرلايه نيکلي نشانده شد و از روش روکش کاري ليزري براي امتزاج آن با زير لايه استفاده شد. پارامترهاي مختلف فرايند روکش کاري ليزري مورد مطالعه قرار گرفته و پارامترهاي بهينه ايجاد پوشش با ميزان امتزاج نيکل کمتر از 15 درصد در پوشش تعيين شد. پس از بهينه سازي پارامترهايي همچون توان متوسط پرتو، سرعت روبش و ميزان روي هم افتادگي، ريزساختار و سختي در راستاي عمق پوشش ارزيابي شد. جهت تعيين مقاومت به اکسيداسيون، پوشش مذکور تحت اکسيداسيون سيکلي در سه دماي ?C 900، ?C 1100و ?C 1300 قرار گرفت. نتايج نشان داد که پس از 20 ساعت آلياژسازي مکانيکي مخلوط پودري Co 25-W35-Si ، فاز WSi 2 و پس از 50 ساعت، فاز CoWSi تشکيل شد. عمليات حرارتي براي دستيابي به پودرهاي پايدار روي مخلوط پودري 30 ساعت آلياژسازي مکانيکي شده به مدت 4 ساعت و دماي ?C 1100 انجام شده و نانوکامپوزيت Co (ss) /CoWSi-WSi 2 توليد شد. پودر توليد شده با ضخامت mm1روي سطح نمونه نيکلي قرار داده شده و پارامترهاي روکش کاري شامل سرعت روبش mm.s -1 5/2، توان W450 و ميزان روي هم افتادگي 50% به عنوان پارامترهاي بهينه ليزر تعيين شد. پس از روکش کاري پودر حاصله، بررسي فازي نشان داد استفاده از پودرهاي پايدار شده سبب ايجاد پوشش Co (ss) /CoWSi-WSi 2 شده است. ريزساختار پوشش متراکم و بدون حفره و ترک بوده و به دليل وجود تغييرات گراديان حرارتي و غلظتي در حين انجماد از سه ناحيه مختلف با ساختارهاي هم محور، دندريتي و هم محور تشکيل شده است. ريزسختي سنجي پوشش نشان داد که سختي سطحيHV 950 بوده و در راستاي عمق پوشش به طور يکنواخت به مقدار 80% سختي سطح در فصل مشترک مي رسد. نتايج آزمايش اکسيداسيون سيکلي پوشش بيانگر مکانيزم نفوذ-کنترل در هر سه دماي اکسيداسيون بود. در دماي ?C 900، لايه اکسيدي متراکم و بدون حفره و ترک بوده و عمدتا از ترکيب آمورف SiO 2 تشکيل شده است؛ در حالي که در دماي ?C 1100 لايه اکسيدي ضخيم تر شده و مخلوطي از اکسيدهاي تنگستن، کبالت و سيليسيوم بود. اين لايه نيز متراکم و بدون تخلخل بوده و به خوبي پوشش را محافظت مي کند. در دماي ?C 1300، دو لايه روي سطح تشکيل شد؛ لايه خارجي غني از SiO 2 و لايه داخلي غني از تنگستن و کبالت با مقدار اکسيژن بسيار ناچيز است. در مراحل اوليه اکسيداسيون در اين دما اکسيدهاي فلزي در کنار SiO 2 ، فازهاي اسپينلي مختلفي تشکيل دادند. اين ترکيبات به دليل شوک حرارتي و عدم انطباق با زمينه غني از SiO 2 ، خرد شده و از سطح جدا شدند. با گذشت زمان، لايه اي غني از SiO 2 روي تمام سطح تشکيل شده و سرعت اکسيداسيون را شديدا کاهش داد. با توجه به نتايج به دست آمده به نظر مي رسد در هر سه دما، نفوذ به داخل اکسيژن مرحله کنترل کننده واکنش اکسيداسيون پوشش مي باشد. کلمات کليدي: مقاومت به اکسيداسيون، روکش کاري ليزري، WSi 2 ، CoWSi، آلياژسازي مکانيکي، ريزساختار.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی