Skip to main content
SUPERVISOR
Mohammad Hassan Abbasi,Fatallah Karimzadeh
محمدحسن عباسي (استاد راهنما) فتح اله کريم زاده (استاد راهنما)
 
STUDENT
Zohreh Yazdani
زهره يزداني

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1389

TITLE

Improvement of tribological behavior of Ti6Al4V alloy by using thermal sprayed NbSi2/Al2O3 nanocomposite coatings
In this study, the i 2 /Al 2 O 3 ceramic matrix composite coating was thermally sprayed on Ti6Al4V substrate to improve its tribological behavior. So in the first step nanostructured i 2 intermetallic compound and i 2 /Al 2 O 3 nanocomposite were produced via mechanical alloying (MA). The reached powders were evaluated by X-ray diffractometry (XRD), scanning electron microscopy (SEM), microhardness test and heat treatment. Thermodynamic analysis of these systems was carried out using semi-empirical miedema model. The obtained results were shown that i 2 intermetallic was formed in gradual mode at 60h of mechanical alloying of Nb-Si powder mixture. After the formation of this compound in the early stages of milling, the Nb 5 Si 3 intermetallic compound was also created. Finally the reaction between Nb 5 Si 3 and residual Si led to the formation of i 2 phase. The in situ i 2 /Al 2 O 3 nanocomposite was formed via mechanical alloying of Nb 2 O 5 , Al and Si powders. The reaction was completed in 40h of milling. The results of the heat treatment of powder particles at 700 °C showed that these compounds had good thermal stability. The powders produced by mechanical alloying were agglomerated in order to gain the suitable size for spraying. Finally the agglomerated powders were coated on Ti6Al4V alloy by atmospheric plasma spraying method. The characterization of coatings was performed using x-ray diffraction, scanning electron microscope, energy dispersive spectroscopy and microhardness indentation. To measure the porosity of coating, the image analyzer was used. The results showed that, in spite of growth of grain size and the decrease of internal lattice strain of nanostructured compounds, the grain size of coating after thermal spray was still in nanometer scale. The achieved coatings were uniform and had good adhesion to substrate. Also the value of hardness of nanocomposite coating was high and equal to 1100 HV. The tribological behavior of substrate and coatings was characterized by pin on disc method at room temperature. The results showed that the dominant mechanism of wear was abrasive wear. High temperature oxidation behavior was studied using thermal analysis. It showed that nanocomposite coating can be used to protect Ti6Al4V substrate at 700 °C. Keywords Ti6Al4V, Thermal spraying, Nanocomposite, Thermodynamic investigation, i 2 , Al 2 O 3 .
چکيده در اين تحقيق، پوشش کامپوزيتي زمينه سراميکي i 2 -36wt%Al 2 O 3 به منظور بهبود رفتار تريبولوژيکي بر روي زيرلايه Ti6Al4V پاشش داده شد. بدين منظور ابتدا ترکيب بين فلزي نانوساختار i 2 و نانوکامپوزيت i 2 /Al 2 O 3 با استفاده از آلياژسازي مکانيکي توليد شدند. پودرهاي حاصله با استفاده از آناليز پراش پرتو ايکس ((XRD، ميکروسکوپ الکتروني روبشي SEM))، ميکروسختي سنجي و همچنين عمليات حرارتي مورد ارزيابي قرار گرفتند. با استفاده از مدل نيمه تجربي مديما نيز آناليز ترموديناميکي بر روي اين ترکيبات انجام شد. نتايج نشان داد که ترکيب بين فلزي i 2 پس از 60 ساعت آلياژسازي مکانيکي مخلوط پودري نيوبيوم و سيليسيم با واکنش تدريجي ايجاد مي گردد. پس از تشکيل اين ترکيب در ساعات اوليه آسياب کاري، ترکيب بين فلزي Nb 5 Si 3 نيز تشکيل مي گردد و در نهايت واکنش بين Nb 5 Si 3 و سيليسيم باقيمانده منجر به تبديل کامل پودر به ترکيب i 2 گرديد. نانوکامپوزيت i 2 -Al 2 O 3 با آلياژسازي مخلوط پودري اکسيد نيوبيوم، آلومينيوم و سيليسيم به صورت درجا بدست آمد. اين واکنش در زمان 40 ساعت آسياب کاري تکميل گرديد. نتايج عمليات حرارتي ذرات پودر در دماي 700 درجه سانتي گراد نشان دهنده پايداري حرارتي خوب اين ترکيبات بود. پودرهاي حاصل از آلياژسازي مکانيکي به منظور رسيدن به شرايط مناسب پاشش حرارتي، تحت فرايند آگلومراسيون قرار گرفتند. در نهايت پودرهاي آگلومره شده، به روش پاشش پلاسمايي اتمسفري بر روي زيرلايه آلياژ تيتانيوم پاشش داده شدند. پوشش هاي بدست آمده با استفاده از روش هاي پراش پرتو ايکس ((XRD، ميکروسکوپ الکتروني روبشي SEM))، طيف نگار تفکيک انرژي (EDS) و ميکروسختي سنجي مشخصه يابي شدند. تخلخل پوشش ها نيز با استفاده از آناليز تصويري بدست آمد. نتايج نشان داد که با وجود رشد اندازه دانه و کاهش کرنش شبکه ترکيبات نانوساختار، هنوز اندازه دانه بعد از پاشش در محدوده نانومتر قرار دارد. پوشش بدست آمده داراي يکنواختي و چسبندگي مناسب به زيرلايه مي باشد و سختي بدست آمده براي پوشش نانوکامپوزيت در بار اعمالي 300 گرم برابر با 1100 ويکرز مي باشد. ارزيابي رفتار تريبولوژيکي زيرلايه و پوشش ها توسط روش پين روي ديسک در دماي محيط انجام گرديد. نتايج نشان داد که مکانيزم غالب سايش براي پوشش ها، سايش خراشان مي باشد. رفتار اکسيداسيون دما بالا نيز با استفاده از آناليز حرارتي مورد بررسي قرار گرفت و نشان داد که پوشش نانوکامپوزيت به خوبي زيرلايه Ti6Al4V را در دماي 700 درجه سانتي گراد حفاظت مي کند. کلمات کليدي Ti6Al4V، پاشش حرارتي، نانوکامپوزيت، بررسي ترموديناميکي، Al 2 O 3 ، i 2

ارتقاء امنیت وب با وف بومی