پديد آورنده :
گودرزي، اشكان
عنوان :
سنتز نانو كامپوزيت NiAl-WC-Al2O3 و پوشش آن بر زيرلايه فولادي با روش تفجوشي پلاسماي جرقه اي و ارزيابي خواص تريبولوژيكي
مقطع تحصيلي :
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي :
شناسايي و انتخاب مواد
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
هشت، 102ص: مصور، جدول، نمودار
استاد راهنما :
مرتضي شمعانيان اصفهاني، مسعود عطاپور
توصيفگر ها :
آلياژسازي مكانيكي , پوشش , تفجوشي پلاسما جرقه اي , خوردگي , سايش , ضريب اصطكاك , عمليات حرارتي , نانو كامپوزيت NiAl-WC-Al2O3
استاد داور :
عبدالمجيد اسلامي، حميدرضا سليمي جزي
تاريخ ورود اطلاعات :
1400/07/25
رشته تحصيلي :
مهندسي مواد
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1400/07/26
چكيده فارسي :
در اين پژوهش، نانوكامپوزيت NiAl-WC-Al2O3 از مخلوط پودرهاي اوليه Al-NiO-W-C توسط آلياژسازي مكانيكي و عمليات حرارتي بعد از آن سنتز شد. تغييرات فازي و دگرگوني هاي ريزساختاري با استفاده از پراش پرتو ايكس، ميكروسكوپ الكتروني روبشي و ميكروسكوپ الكتروني عبوري مورد مطالعه و بررسي قرار گرفت. نتايج XRD نشان داد كه پيك هاي NiO پس از يك ساعت آلياژسازي مكانيكي در پراش پرتو ايكس مشاهده نشده و تركيب هاي NiAl، Al2O3 و W2C به طور محدود تشكيل شد و در ادامه تا 20 ساعت آلياژسازي مكانيكي NiAl و W2C تنها فازهاي ديده شده در نتايج XRD بود و فاز جديدي در اين بين شكل نگرفت. بنابراين براي دسترسي به تركيبات مورد نظر، پودر 20 ساعت آسياشده به مدت 3 ساعت در دماي 1200 درجه سانتي گراد تحت عمليات حرارتي قرار گرفت و نتايج XRD و TEM تشكيل نانوكامپوزيت NiAl-WC-Al2O3 را با اندازه متوسط كمتر از 100 نانومتر تاييد كرد. در ادامه كامپوزيت مورد نظر با استفاده از فرايند تفجوشي پلاسماي جرقه اي براي دستيابي به شرايط بهينه براي ايجاد پوشش در شرايط دما و زماني مختلف زينترينگ، تهيه شدند و از نظر ريزساختاري،چگالي، سختي، زبري و خوردگي مورد ارزيابي قرار گرفتند. در نهايت نمونه زينتر شده در دماي 1100 درجه سانتي گراد و زمان نگهداري 10 دقيقه و فشار وارده 60 مگاپاسكال به عنوان شرايط بهينه انتخاب شد. با اعمال شرايط مورد نظر با كمك فرايند تفجوشي پلاسماي جرقه اي پوشش كامپوزيتي NiAl-WC-Al2O3 بر روي زيرلايه فولادي (St37) پوشش داده شد و از نظر ريزساختاري و رفتار خوردگي و خواص مكانيكي مورد ارزيابي قرار گرفت. نتايج نشان داد كه اتصال پوشش با زيرلايه به خوبي برقرار شده و ميزان تخلخل و ناهمگوني بين پوشش و زيرلايه حداقل بوده است و در ادامه تصاوير ميكروسكوپ الكتروني روبشي نشان داد كه ضخامت پوشش به 500 ميكرومتر رسيده است. آزمون ميكرو سختي نشان داد كه سختي پوشش كامپوزيتي به بالاي 800 ويكرز رسيده است و به نسبت زيرلايه فولادي، سختي بيش از 4/5 برابر افزايش يافته است. بر اساس آزمون پلاريزاسيون خوردگي، پوشش كامپوزيتي با جريان خوردگي 0/294- ميكرو آمپبر بر سانتي متر مربع و پتانسيل خوردگي 0/223- ولت رفتار خوردگي بهتري نسبت به زيرلايه فولادي از خود نشان داد. تجزيه و تحليل سايش همچنين ثابت كرد كه ميزان نرخ سايش نمونه هاي پوشش دار به طور متوسط 10 برابر كمتر از نمونه هاي بدون پوشش بوده است. با اين حال، طبق روند رايج سايش، افزايش دما در افزايش ميزان نرخ سايش تاثير گذار است اما در اين كامپوزيت با افزايش دما خلاف اين رويه اتفاق افتاده است و با رسيدن دما به 400 درجه سانتي گراد و تشكيل لايه محافظ بر روي كامپوزيت ميزان نرخ سايش به كمترين مقدار خود رسيد. بررسي تغييرات ضريب اصطكاك بر حسب فاصله براي نمونه هاي پوشش دار در تمامي شرايط آزمون كمتر از نمونه هاي بدون پوشش تعيين شد.
چكيده انگليسي :
In this study, NiAl-Al2O3-WC nanocomposite has been synthesized from the Al-NiO-W-C powder mixture by mechanical alloying and subsequent heat treatment. Phase development and structural changes were studied by X-ray diffraction technique, field-emission gun scanning electron microscopy, and transmission electron microscopy. XRD results showed that NiO was disappeared after 1 h milling and NiAl, Al2O3, and W2C phases were formed and after 20 hours of mechanical alloying, NiAl and W2C were the only phases that seen in the XRD results and no phase development was observed. So, for access to desired compounds, 20 h milled powder thermally treated at 1200 ˚C for 3 hours, and XRD and TEM results confirmed the formation of NiAl-WC-Al2O3 nanocomposite with an average size of less than 100 nm. In the following, to achieve the best available conditions for coating by spark plasma sintering process, samples of nanocomposite were prepared under different sintering temperatures and holding times and were evaluated in terms of microstructure, density, hardness, roughness and corrosion behavior. Finally, the coating was carried out at 1100 ° C, under uniaxial pressure 60 MPa for 10 min. NiAl-WC-Al2O3 composite coating was successfully manufactured on steel substrate (St37) by spark plasma sintering method and were evaluated in terms of microstructure, corrosion behavior and mechanical properties. The results showed that steel substrate and coating was strongly interconnected and no separation and porosity were observed in their interface. The images of scanning electron microscopy showed that composite coatings with the thickness of 500 μm were obtained for all samples. Microhardness test showed that microhardness of the composite coating reached over 800 Vickers and the hardness increased more than 4.5 times compared to the steel substrate. The results of corrosion polarization showed that the corrosion resistance of coated samples exhibits nobler than St37 steel substrate in 3.5 wt.% NaCl solution. Wear analysis also showed that the wear rate of coated specimens was on average 10 times lower than that of uncoated specimens. However, increasing the temperature is effective in increasing the wear rate but in this composite, with increasing temperature up to 400 ° C and the formation of lubricant layer on the composite, the wear rate is reduced to minimum amount. Also, the coefficient of friction for coated specimens in all test conditions was less than uncoated specimens.
استاد راهنما :
مرتضي شمعانيان اصفهاني، مسعود عطاپور
استاد داور :
عبدالمجيد اسلامي، حميدرضا سليمي جزي