Skip to main content
SUPERVISOR
Mehdi Salehi,Hossein Edris,Ahmad Monshi
مهدي صالحي (استاد راهنما) حسين ادريس (استاد مشاور) احمد منشي (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mohaddese Tabeshfar
محدثه تابش فر

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1388

TITLE

Development of Ferrochromium-Nickel Composite Plasma Spray Coatings and Evaluation of Their Tribological Behaviour
In this work, in order to find a reasonable replacement material for WC-Co coatings, high carbon ferrochromium, low carbon ferrochromium and high carbon ferrochromium-nickel composite coatings were selected and their characterization and wear behaviour were studied. The coatings were applied on plain carbon steel by air plasma spray. Ferrochromium coatings were sprayed with different argon gas flow rates and subsequently they were compared with each other. The results indicated that the coatings with the lower argon gas flow rate had better properties due to longer thermal stability at high tempreture. To investigate the mechanical and wear properties, high carbon ferrochromium was choosen as the ferrochromium-nickel composite coatings. Ni was selected as the binder to improve the binding between the ferrochromium particulates. Composite coatings with different amounts of nickel 10, 20 and 30 weight percent were produced. At the begining high carbon ferrochromium and nickel were mixed by using ring grinding, prepared under control atmosphere, consequently the materials sintered and crushed into suitable partilce size for flowability in the thermal spray equipment. Images of scanning electron microscopy showed, a uniform distribution of nickel through coatings therefore a metal matrix composite coating was truely made. Composite coatings had different mechanical and wear behaviour. In comparing with ferrochromium coatings, fracture toughness values of composite coatings were increased. HCFeCr-10%Ni had the weakest properties between all coatings, so it showed that, this percentage of nickel wasn`t adequate as binder in coating, and it couldn`t make a good cohesion between ferrochromium particles, also it caused high percentage of porosity. HCFeCr-20%Ni had the best mechanical and wear behaviour. With adding 20%Ni to HCFeCr, microhadrness value increased from 763 to 950 Vickers and also fracture toughness values increased from 1.9 to 4.5 MPa?m. The dominant wear mechanism in HCFeCr and composite coatings was identified as adhesive wear with microcracking with different severity. It is found that delamination mechanism was the predominant wear mechanism for LCFeCr coating. Furtherrmore HCFeCr-20% Ni composite coating showed an optimum behaviour and the lowest value of weight loss. HCFeCr-10%Ni coating showed the highest weight loss among all the coatings. Therefore the HCFeCr-20%Ni was selected as the most promising coating and it could be a better replacement for the expensive WC-Co coatings. Keywords: Composite coating, Ferrochromium, Nickel, Air Plasma Spray, Wear
چکيده در اين پژوهش به منظور يافتن جايگزيني مناسب براي پوشش هاي WC-Co، پوشش هاي فروکروم پرکربن (HCFeCr)، فروکروم کم کربن (LCFeCr) و کامپوزيتي فروکروم پرکربن- نيکل (HCFeCr-Ni) ايجاد و رفتار سايشي آن ها مورد بررسي قرار گرفته است. پوشش هاي مذکور به روش پاشش حرارتي پلاسمايي بر روي زيرلايه فولاد ساده کربني پاشش شدند. در اين رابطه، ابتدا پوشش هاي فروکروم در نرخ هاي مختلف از جريان گاز آرگون پاشش دهي و با يکديگر مقايسه شدند، هم چنين پارامترهاي بهينه پاشش براي آن ها به دست آمد. نتايج نشان داد که پوشش هاي فروکروم در کمترين نرخ جريان گاز آرگون خواص بهتري از خود نشان مي دهند. نتايج بدست آمده نشان دهنده ي قابليت ساخت و توسعه پوشش‌هاي مذکور به روش پاشش حرارتي است. سپس اين پوشش‌ها از نظر ريز‌ساختار، فازهاي تشکيل دهنده، سختي، چقرمگي و رفتار سايشي مورد مطالعه قرار گرفتند. متعاقباً پوشش هاي فروکروم پرکربن جهت توليد پوشش کامپوزيتي با نيکل انتخاب شد. سپس به منظور بهبود خواص پوشش هاي فروکروم به ويژه استحکام چسبندگي آن ها از فلز نيکل به مقادير 10%، 20% و 30%، به عنوان فاز زمينه و پيوندي در توليد کامپوزيت فروکروم- نيکل استفاده شد. جهت آماده سازي پودر کامپوزيتي، روش زينترينگ و خرد کردن به کار گرفته شد. بررسي‌هاي انجام شده بر پوشش هاي کامپوزيتي حاصل نشان داد که نيکل به صورت يکنواخت در سرتاسر پوشش توزيع شده است. هم چنين اين پوشش‌ها رفتارهاي متفاوتي را نشان داده اند. چقرمگي شکست کليه پوشش هاي کامپوزيتي نسبت به پوشش فروکروم پرکربن افزايش نشان مي دهد. از ميان پوشش هاي کامپوزيتي، پوشش حاوي 10% نيکل، خواص ضعيفي را از خود نشان داد که بيانگر ناکافي بودن مقدار نيکل به عنوان فاز پيوندي و عدم توانايي آن در ايجاد پيوستگي لازم در پوشش است، در نتيجه، درصد تخلخل در اين پوشش افزايش يافته و کليه خواص مکانيکي را به همراه مقاومت به سايش آن تضعيف کرده است. پوشش حاوي 20% نيکل، بهترين خواص مکانيکي و مقاومت به سايش را داشته است، ميکروسختي پوشش HCFeCr با افزودن 20% نيکل از 763 ويکرز به 950 ويکرز افزايش يافته است، هم چنين حضور مقدار بهينه نيکل در اين پوشش به عنوان فاز پيوندي، افزايش قابل ملاحظه اي را در تافنس شکست آن نشان داده است. نکته قابل توجه در بررسي کاهش وزن پوشش ها در مسافت 1000 متر، ثابت ماندن نرخ سايش آن ها پس از طي کردن مسافت مشخصي در اين پوشش ها بوده است، که بيانگر پايدار شدن سايش است. نتايج حاصل از آزمون سايش نشان مي دهد که مکانيزم سايش در پوشش هاي HCFeCr و کامپوزيتي HCFeCr-Ni، سايش چسبان به همراه ريزترک بوده و تفاوت آن ها در شدت سايش بوده است، بهترين رفتار سايشي و کمترين مقدار کاهش وزن را پوشش HCFeCr-20%Ni داشته است، هم چنين ضعيف ترين مقاومت به سايش در پوشش HCFeCr-10%Ni مشاهده شده است. شايان ذکر است که مکانيزم سايشي حاکم بر پوشش LCFeCr مکانيزم سايش ورقه اي بوده است. در نهايت پوشش HCFeCr-20%Ni به عنوان پوشش بهينه در اين پژوهش انتخاب شد و مي توان اين پوشش را به عنوان دستاورد اين پژوهش و جايگزيني براي پوشش هاي WC-Co با ارزش افزوده بالا معرفي کرد. کلمات کليدي: پوشش کامپوزيتي، فروکروم، نيکل، پاشش پلاسمايي، سايش

ارتقاء امنیت وب با وف بومی