توسعه و مشخصه یابی پوشش های نوین سرمتی b4c-tib2-tic-ni تولید شده توسط فرایند پاشش شعله ای پرسرعت
چکیده
هدف از انجام این پژوهش، تولید، مشخصه یابی و ارزیابی رفتار اکسیداسیون و سایش دمای پایین و بالای پوشش کامپوزیتی b4c-tib2-tic-ni می باشد. بدین منظور در ابتدا پودر سرامیکی b4c-tib2-tic توسط فرایند آسیاب کاری از طریق واکنش میان پودرهای ti و b4c تولید و سپس مشخصه یابی شد. در ادامه با افزودن پودر ni به این ترکیب و انجام فرایند خشک کردن پاششی، پودر کامپوزیتی b4c-tib2-tic-ni توسط فرایند پاشش شعله ای پرسرعت (hvof) روی سطح زیرلایه ی فولاد 4130 پوشش داده شد. به منظور بررسی بهتر رفتار این پوشش، پوشش سرمتی b4c-ni نیز تولید و خواص آن با پوشش اصلی مقایسه شد. در ادامه با انجام آزمون های اکسیداسیون سیکلی پوشش ها و زیرلایه ی فولادی در دماهای 500، 700 و 900 درجه سانتیگراد و به مدت 35 ساعت رفتار اکسیداسیون پوشش ها و زیرلایه ی فولادی مورد بررسی قرار گرفت. رفتار تریبولوژیکی پوشش ها و فولاد 4130 نیز در دمای محیط و تحت سه بار 1، 3 و 5 نیوتن مورد بررسی قرار گرفت. همچنین رفتار تریبولوژیکی دمای بالا نیز تحت بار 3 نیوتن و در دماهای 300، 500 و 700 درجه سانتیگراد مورد ارزیابی قرار گرفت. آلیاژسازی مکانیکی مخلوط پودری ti و b4c با نسبت های استوکیومتری مختلف نشان دهنده ی انجام واکنش میان این دو ماده به صورت تدریجی و تولید ترکیب های tib2 و tic بود. مشخص شد در ابتدا با تجزیه ی سطحی ذرات پودر b4c، عناصر بور و کربن تولید شدند و در ادامه با نفوذ کربن در تیتانیوم، ترکیب tic و سپس با نفوذ بور در ساختار تیتانیوم، ترکیب tib2 ایجاد شد. همچنین برخی از ذرات پودر تولیدی پس از 30 ساعت آلیاژسازی مکانیکی در ابعاد زیر 100 نانومتر بودند. تحلیل ترمودینامیکی وقوع واکنش در این سیستم نیز تدریجی بودن واکنش ها در حین آسیاب کاری را تائید کرد. پوشش b4c-tib2-tic-ni رفتار اکسیداسیون شبه مکعبی از خود نشان داد و لایه ی اکسیدی تشکیل شده روی سطح این پوشش نسبتا متخلخل و با چسبندگی مناسب به سطح پوشش بود که مانند یک سد نفوذی باعث بهبود رفتار اکسیداسیون این پوشش شد. همچنین مشخص شد که انحلال اکسیژن در پوشش عامل ایجاد رفتار اکسیداسیون شبه مکعبی در این پوشش بود، درحالی که پوشش b4c-ni در حین آزمون tga علاوه بر رفتار اکسیداسیون خطی، پوسته ای شدن را نیز از خود نشان داد که بیانگر مقاومت به اکسیداسیون ضعیف و پوسته ای شدن این پوشش بود. رفتار اکسیداسیون فولاد 4130 نیز از قانون خطی پیروی کرد. همچنین تشکیل یک لایه ی اکسیدی ضخیم، متخلخل و حاوی ترک های وسیع که باعث جذب راحت تر اکسیژن روی سطح تمیز فولاد می شود، باعث مقاومت به اکسیداسیون ضعیف این ماده در دماهای بالاتر از 500 درجه سانتیگراد شد. نتایج آزمون سایش بیانگر این بود که پوشش b4c-tib2-tic-ni در مقایسه با فولاد 4130 و پوشش b4c-ni مقاومت سایشی بهتری تا دمای 500 درجه سانتیگراد از خود نشان می دهد. همچنین پوشش b4c-ni رفتار سایشی ضعیف تری در تمامی دماها در مقایسه با فولاد 4130 و پوشش b4c-tib2-tic-ni از خود نشان داد. مکانیزم سایش فولاد 4130 در دمای محیط سایش خراشان بود که با افزایش دما تا 700 درجه سانتیگراد سایش تریبوشیمی نیز فعال شد. در پوشش b4c-ni در دمای محیط سایش ورقه ای مکانیزم غالب سایش بود که با افزایش دما مکانیزم سایش چسبان نیز فعال شد و در دمای 700 درجه سانتیگراد سایش ورقه ای غالب شد. پوشش b4c-tib2-tic-ni نیز در دمای محیط سایش ورقه ای نشان داد که با افزایش دما مکانیزم های سایش چسبان و تریبوشیمی نیز مشاهده شدند.