Skip to main content
SUPERVISOR
رضا مظفري نيا (استاد راهنما) سيدفخرالدين اشرفي زاده (استاد راهنما) حميدرضا سليمي جزي (استاد مشاور)
 
STUDENT
Mazaher Ramazani
مظاهر رمضاني

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1388

TITLE

Preperation and Evaluation of the Tribological Behaviour of NiAl-Cr2O3-Ag-CNT-WS2 Nanocomposite Self-Lubricating Coating
The aim of the current study was to design and investigate the tribological behaviour of NiAl-Cr 2 O 3 -Ag-CNT-WS 2 adaptive self-lubricating coating. For this purpose, feedstock powders with various compositions were prepared by spray drying technique and then plasma sprayed onto carbon steel substrates. The microstructures and worn surfaces of the coating were examined by SEM, EDS and Raman spectroscopy. The tribological properties of the coatings were tested by a high-temperature tribometer in a dry environment from room temperature to high temperature and in a natural humid environment. Preliminary results showed that a new adaptive coating with NiAl-Cr 2 O 3 -Ag-CNT-WS 2 components for humid, dry and mid temperature applications was successfully designed. Coating whose additives were all nano-sized, compared to the coating that only CNTs were nano-sized, possessed a lower and more stable friction coefficient. It was found that the specimen containing 7 vol. % Ag, 7 vol. % CNT and 7 vol. % WS 2 had the best frictional performance. The average room temperature friction coefficient of this coating was 0.36 in humid atmosphere, 0.32 in dry atmosphere, and 0.3, 0.28, 0.26 and 0.28 at 100, 200, 300 and 400 o C, respectively. This coating was selected as the coating with the optimized composition. The results also revealed that lubrication mechanism at humid condition was the formation of a lubricious graphite layer on the coating worn surface. Lowering friction coefficient of the coating at dry condition was due to formation of a layer containing a mixture of tungsten sulphide and graphite on the wear surface, and the development of a glaze layer made of a mixture of silver, nickel oxide and chromium oxide along with carbon nanotubes that resulted in the self-lubrication behaviour at moderate temperatures. The results of this study suggested that the optimized coating described could be valuable for sliding contact components in advanced heat and high temperature engines. Keywords: Nanocomposite coating; Solid lubricants; Self-lubrication, Adaptive coatings, High temperature wear; Coefficient of friction
چکيده در ترکيب پوشش‌هاي تطبيقي دو يا چند روانکار جامد وجود دارد که هر يک از آنها وظيفه روانکاري در يکي از شرايط محيطي يا کاري را به‌ عهده دارند. هدف از انجام اين پژوهش طراحي، ايجاد، بهينه‌سازي و ارزيابي خواص تريبولوژيکي پوشش تطبيقي NiAl-Cr 2 O 3 -Ag-CNT-WS 2 است. در اين پوشش NiAl بعنوان زمينه، Cr 2 O 3 بعنوان فاز سخت‌کننده و Ag، CNT و WS 2 به‌ترتيب بعنوان روانکارهاي دماي متوسط (تا 400 درجه‌سانتي‌گراد)، شرايط خشک و شرايط خلأ مي‌باشد. براي انجام اين تحقيق ابتدا پودر آگلومره شده NiAl-Cr 2 O 3 -Ag-CNT-WS 2 به روش خشک‌کردن پاششي توليد و با استفاده از آن نمونه‌هايي از پوشش به روش پاشش پلاسمايي تهيه شد. ارزيابي‌هاي ساختاري و تريبولوژيکي نمونه‌هاي پوشش، شامل آزمون‌هاي سايش در شرايط خشک، مرطوب و در دماي بالا روي نمونه‌ها انجام شد. بررسي نتايج نشان داد که پوششي که همه افزودني‌هاي آن نانواندازه هستند نسبت به پوششي که در ساختار آن فقط CNTs نانواندازه است، داراي ساختار همگن‌تر با توزيع يکنواخت‌تر فازها و ضريب اصطکاک کمتر بوده و پايداري ضريب اصطکاک آن نيز در دماي بالا بيشتر است. در مرحله بعد بهينه‌سازي ترکيب شيميايي‌ پوشش انجام شد. براي اين منظور نمونه‌هايي از پوشش حاوي مقادير مختلف از روانکار‌هاي جامد تهيه و مورد ارزيابي قرار گرفت. اطلاعات حاصل از ارزيابي تريبولوژيکي نمونه‌ها نشان ‌داد که ترکيب حاوي7 درصد حجمي از هر يک از روانکارهاي جامد نقره، نانولوله کربني و سولفيد تنگستن کمترين مقدار ضريب اصطکاک و بهترين رفتار تطبيقي را نسبت به ساير پوشش‌ها دارد. اين پوشش در شرايط مرطوب ضريب اصطکاک 36/0، در شرايط خشک 32/0 و در دماهاي 100، 200، 300 و 400 درجه‌سانتي‌گراد به ترتيب ضريب اصطکاک 3/0، 28/0، 26/0 و 28/0 را نشان داد. بررسي ريزساختار اين پوشش نشان داد که پوشش داراي ساختار نسبتا يکنواخت لايه‌اي شامل اسپلت‌ها، حفرات و ترک‌هاي بين اسپلتي است. براي تعيين مکانيزم کاهش ضريب اصطکاک، سطح سايش پوشش بهينه توسط روش‌هاي EDS و طيف‌سنجي رامان مورد آناليز قرار گرفت. نتايج نشان داد که مکانيزم روانکاري در شرايط مرطوب تبديل نانولوله کربني به گرافيت در سطح سايش و روانکاري سطح توسط گرافيت است. در شرايط خشک حضور گرافيت و سولفيد تنگستن و روانکاري هم‌زمان توسط اين دو روانکار (بصورت هم افزا) عامل روانکاري در سطح سايش است. در دماي بالا يک لايه لعابي از جنس مخلوط نقره و اکسيد نيکل و احتمالاً اکسيد کروم در سطح سايش تشکيل شده که عامل روانکاري در دماي بالا است. جمع بندي کلي نتايج اين تحقيق حاکي از آن است که پوشش طراحي شده رفتار تطبيقي قابل قبولي دارد و پوشش iAl-Cr 2 O 3 -Ag-CNT-WS 2 حاوي حدود 7 درصد حجمي از هر يک از روانکارهاي جامد نقره، نانولوله کربني و سولفيد تنگستن پوشش با ترکيب بهينه است. همچنين مکانيزم روانکاري در اين پوشش، انتقال يک يا دو روانکار جامد به سطح سايش و تشکيل يک لايه لغزنده روي سطح سايش مي‌باشد. کلمات‌کليدي: تريبولوژي، پوشش‌ نانوکامپوزيتي، پوشش خودروانکار، پوشش تطبيقي، روانکار جامد، اصطکاک، روانکاري، دماي بالا

ارتقاء امنیت وب با وف بومی