Skip to main content
SUPERVISOR
Mohammad Hossei Enayati,Fatallah Karimzadeh
محمدحسين عنايتي (استاد راهنما) فتح اله کريم زاده (استاد راهنما)
 
STUDENT
Motahareh Akbari
مطهره اکبري

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1391

TITLE

Development of FeAl-Al2O3 nanocomposites coating on steel by mechanical alloying process
Carbon steel is the most important engineering alloys due to low production costs and a wide range of engineering properties. However, carbon steel has weak tribological properties and low hardness. Application of high resistant coatings on the steel surface is the best solution to improve its tribological properties. In this study, the mechanical milling method was used to form nanocomposite coatings of FeAl and FeAl /Al 2 O 3 on the Ck45 steel surface. Mechanical milling at ambient temperture leads to surface work hardening, mechanical activation and formation of nanostructured coating. In this method substrate and milling balls are placed in the bowl and coating is produced on substrat as a result of ball impacts. In this study, the balls was 4mm in diameter and ball- to- powder weight ratio was 10:1. Milling time was 2 to 22 hours. Prepared samples after ball milling were subjected to annealing treatment at 500 o C for 1 to 3 hours. Effects of the annealing treatment on structure, hardness, roughness and phase changes was investigated. The coatings were examined using X-ray diffraction, scanning electron microscopy (SEM), roughness measurements, microhardness and microscratch tests. The results showed that the best coating with proper structure and surface uniformity was formed by using balls with 4mm diameter and ball-to-powder weight ratio of 10:1 after 14 hours for FeAl and after 18 hours for FeAl / Al 2 O 3 . With increasing milling time, FeAl coating thickness increased to 78µm with a hardness of 870Hv and FeAl / Al 2 O 3 coating thickness increased to 98µm with a hardness of 1050Hv. Annealing treatment at 500 o C for 3 hours improved the coating adhesion and microhardne properties due to the formation of FeAl and FeAl / Al 2 O 3 . Uniformity and structural properties of FeAl/Al 2 O 3 nanocomposite coating was enhanced compared to the FeAl coating due to Al 2 O 3 particle. Keyword: Coating, Intermetallic compound FeAl, Nanostructured materals, Mechanical alloying, Nanocomposite
چکيده فولادهاي ساده کربني مهمترين گروه آلياژهاي مهندسي هستند. اين فولادها به علت هزينه نسبتا کم توليد و داشتن گستره وسيعي از خواص در بين مواد مهندسي هستند. با اين وجود داراي خواص تريبولوژيکي ضعيف و سختي پايين اند. ايجاد پوشش هاي مقاوم بر روي سطح فولاد بهترين راه حل جهت بهبود خواص تريبولوژيکي آن مي باشد. در اين تحقيق از روش آسيابکاري مکانيکي براي ايجاد پوشش نانوکامپوزيتي FeAl/Al 2 O 3 و FeAl روي سطح فولاد Ck45 استفاده شده است. پوشش دهي به روش آسيابکاري مکانيکي روش جديدي است که انجام فرايند در شرايط محيط و همراه با بهبود خواص مکانيکي سطحي مانند کارسختي، فعالسازي مکانيکي و ايجاد يک پوشش نانوساختار است. اساس اين روش قرار دادن زيرلايه و پودر همراه با تعدادي گلوله در يک محفظه لرزان است که در اثر ضربه هاي متوالي گلوله ها به زيرلايه، پودر بر روي سطح زيرلايه جوش سرد مي خورد و پوشش تشکيل مي شود. در اين پژوهش از گلوله هاي به قطر 4 ميلي متر و نسبت وزني گلوله به پودر 10:1 استفاده شد. آسيابکاري در زمان هاي مختلف بين 2 ساعت تا 22 ساعت در دماي محيط انجام گرديد. همچنين نمونه ها در زمان هاي مختلف 1 و 3 ساعت در دماي ثابت o C500 عمليات حرارتي شدند و تاثير زمان عمليات حرارتي بر خواص پوشش از قبيل سختي، زبري، تغييرات فازي، اندازه دانه و چسبندگي بررسي شد. به منظور مشخصه يابي و بررسي مورفولوژي پوشش توليد شده نمونه ها تحت آزمايش هاي پراش پرتو ايکس (XRD)، ميکروسکوپ الکتروني روبشي(SEM)، زبري سنجي، ميکروخراش و ميکروسختي قرار گرفتند. نتايج بدست آمده نشان داد بهترين پوشش از نظر خواص ساختاري و يکنواختي سطح با گلوله هاي به قطر mm4 و نسبت گلوله به پودر 10:1 براي پوشش FeAl در زمان 14 ساعت و براي پوشش نانوکامپوزيتي FeAl/Al 2 O 3 در زمان 18 ساعت ايجاد مي شود. در پوشش FeAl افزايش زمان آسيابکاري موجب افزايش ضخامت پوشش تا 78 ميکرون و افزايش سختي پوشش تا 870 ويکرز و در پوشش FeAl/Al 2 O 3 افزايش زمان آسيابکاري موجب افزايش ضخامت پوشش تا 98 ميکرون وافزايش سختي تا 1050 ويکرز گرديد. نتايج عمليات حرارتي نشان داد، آنيل در دماي ثابت 0 C500 به مدت 3 ساعت موجب تشکيل ترکيب بين فلزي FeAl و در مورد پوشش نانوکامپوزيت موجب تشکيل فازهاي FeAl/Al 2 O 3 به طور کامل و افزايش چسبندگي وسختي پوشش مي گردد. پوشش نانوکامپوزيت به علت وجود ذرات تقويت کننده Al 2 O 3 نسبت به پوشش FeAl موجب افزايش يکنواختي و بهبود ساختار پوشش مي شود. کلمات کليدي ترکيبات بين فلزي FeAl، ،پوشش دهي، مواد نانوساختار، آلياژسازي مکانيکي، نانوکامپوزيت

ارتقاء امنیت وب با وف بومی