توصيفگر ها :
پوشش نيكل-آلومينيوم , خواص سايشي دما بالا , پاشش‌حرارتي , فولاد ساده كربني
چكيده فارسي :
تركيبات بين فلزي به‌عنوان فاز جامد شامل دو يا چند عنصر فلزي و نيمه فلزي مي‌باشد. اين تركيبات داراي خواص بين فلزات و سراميك‌ها مي‌باشند. يكي از تركيبات بين فلزي مهم تركيب بين فلزي نيكل- آلومينيوم بوده و به دليل خواص خوردگي و سايشي دما بالا، تركيبات بين فلزي نيكل- آلومينيوم در سال‌هاي اخير بسيار موردتوجه قرارگرفته است. خواص تريبولوژيكي عالي تركيبات بين فلزي NiAl نيز گزارش‌شده است كه پتانسيل زيادي براي استفاده در شرايط سايش شديد نشان مي‌دهد. تحقيقاتي كه بر روي خواص سايشي NiAl و آلياژهاي آن متمركز بوده نشان داد NiAl داراي خواص اكسيداسيون خوبي در دماي بالا است و افزودن ذرات تقويت‌كننده سراميكي مي‌تواند خواص تريبولوژيكي آن‌ها را بهبود بخشد. در ميان ذرات سراميكي، كاربيد تنگستن (WC) به دليل سختي بالا و مقاومت در برابر سايش عالي، بيشترين استفاده را دارد. در اين پژوهش باهدف بهبود و افزايش خواص سايشي به بررسي خواص سايشي آلياژ نيكل -آلومينيوم و كامپوزيت سازي با افزودن كاربيد تنگستن پرداخته‌شده است. بدين منظور از فولاد ساده كربني CK45 به‌عنوان زيرلايه استفاده گرديده و پوشش، پودر Ni-5wt.%Al و افزودن مقادير 5، 10 و 15 درصد وزني كاربيد تنگستن به پودر نيكل-آلومينيوم، به‌وسيله پاشش شعله‌اي بر روي زيرلايه اعمال گرديد. مخلوط كردن پودرها با استفاده از آسياب سياره‌اي انجام گرديد. به‌منظور آناليز فازي از پراش پرتوايكس و جهت مشخصه يابي پودر و ريزساختار پوشش از ميكروسكوپ الكتروني روبشي و طيف‌سنجي توزيع انرژي استفاده شد. همچنين براي درك بهترِ نحوه توزيع عناصر از نقشه توزيع عناصر بهره گرفته شد. نتايج بيانگر اين موضوع است كه پوشش از فازهاي Ni-Al، Ni و Al2O3 تشكيل‌شده است. ايجاد اكسيد آلومينيوم و تبخير آلومينيوم در دماي بالا منجر به ايجاد فازهايي غني از نيكل گرديده است. همچنين با افزودن كاربيد تنگستن، پيك‌هاي كاربيد تنگستن در الگو پراش پرتوايكس ظاهر مي‌شود. پوشش داراي ضخامتي در حدود 300 ميكرومتر است. با بررسي تصاوير نقشه توزيع عناصر مشاهده مي‌شود كه پيوند بين پوشش و زير لايه از نوع پيوند مكانيكي بوده و به دليل عدم نفوذ عناصر از زيرلايه به پوشش و بالعكس پيوند متالورژيكي ديده نمي‌شود. افزودن فاز كاربيد تنگستن موجب پهن شدن پيك‌هاي پراش پرتوايكس شده و نشان‌دهنده افزايش تنش در پوشش است كه اين امر باعث كاهش استحكام چسبندگي پوشش شده است. تخلخل سنجي نمونه‌ها با استفاده از نرم‌افزار Image J موردبررسي قرار گرفت و نتايج نشان‌دهنده افزايش ميزان تخلخل با افزايش درصد كاربيد تنگستن است كه افزايش تخلخل را مي‌توان با افزايش فاكتور عدم انطباق كريستالي مرتبط دانست. نتايج آزمون ريز‌‌سختي‌سنجي نشان‌دهنده افزايش سختي پوشش با افزودن ميزان كاربيد تنگستن است. خواص سايشي در دماي 600 درجه سانتي‌گراد موردبررسي قرار گرفت. از آزمون پين روي ديسك استفاده گرديد و نتايج نشان‌دهنده خواص سايشي بهتر با افزايش درصد كاربيد تنگستن بود. بهترين خواص سايشي مربوط به نمونه Ni-Al/15%wt.WC مي‌باشد. ضريب اصطكاك و كاهش وزن نمونه‌ها با افزايش درصد كاربيد تنگستن، كاهش‌يافته و درنهايت ضريب اصطكاك ثابت و تقريباً يكسان شده كه نشان‌دهنده خواص خودروانكار پوشش نيكل-آلومينيوم در دماي بالا است.
چكيده انگليسي :
The increase in productivity and the lifespan of materials at high temperatures has always been one of the main challenges, necessitating suitable coatings. The phenomenon of wear, as a destructive mechanism, disrupts the operation of many industrial systems and can lead to stoppage and delays in production processes, reducing efficiency and increasing costs. Coating allows for the enhancement or creation of desired properties in substrates, in addition to their inherent characteristics. Among coating methods, thermal spraying techniques are widely used in the industry due to their low cost, portability of equipment, ability to coat a wide range of materials, and applicability in industrial dimensions. Due to their high-temperature corrosion and wear resistance properties, nickel-aluminum intermetallic compounds have gained significant attention in recent years. Excellent tribological properties of NiAl intermetallic compounds have also been reported, indicating great potential for use in severe wear conditions. Research focused on the wear properties of NiAl and its alloys has shown that NiAl exhibits good tribological properties at high temperatures, and the addition of ceramic reinforcing particles can further enhance these properties. Among ceramic particles, tungsten carbide (WC) is most commonly used due to its high hardness and excellent wear resistance. This research aims to improve and enhance wear properties by investigating the wear properties of nickel-aluminum alloy and composite formation through the addition of tungsten carbide. For this purpose, CK45 carbon steel was used as the substrate, and a coating was applied using Ni-5wt.%Al powder with the addition of 5, 10, and 15 weight percent of tungsten carbide to the nickel-aluminum powder via flame spraying on the substrate. The mixing of powders was performed using a planetary mill. Phase analysis was conducted using X-ray diffraction, and characterization of the powder and microstructure of the coating was performed using scanning electron microscopy and energy-dispersive spectroscopy. Additionally, element distribution maps were utilized for a better understanding of the distribution of elements. The results indicate that the coating is composed of Ni-Al, Ni, and Al2O3 phases. The formation of aluminum oxide and the evaporation of aluminum at high temperatures led to the formation of nickel-rich phases. Moreover, the addition of tungsten carbide resulted in the appearance of tungsten carbide peaks in the X-ray diffraction pattern. The coating has a thickness of approximately 297 micrometers. The addition of tungsten carbide phases caused the peaks in the X-ray diffraction to broaden, indicating increased stress in the coating, which reduced the adhesive strength of the coating. Microhardness tests showed that coating hardness increased with the addition of tungsten carbide. Wear properties were examined at a temperature of 600 degrees Celsius. A pin-on-disc test was used, and the results indicated better wear properties with the increase in tungsten carbide phase. The best wear properties were observed in the Ni-Al/15%wt.WC sample. The coefficient of friction and weight loss of the samples decreased with the increase in tungsten carbide percentage, ultimately leading to a stable and nearly uniform coefficient of friction, indicating the excellent wear-resistance properties of the nickel-aluminum coating at high temperatures.
