بررسی تأثیر پارامترهای پوشش‌دهی فرآیند HVOF بر روی کیفیت و خواص سایشی پوشش کاربید تنگستن ایجاد شده روی فولاد 4130

فرآیندهای نوین در مهندسی مواد

دوره 16، شماره 2 - شماره پیاپی 61، تیر 1401، صفحه 13-26   

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

جواد انصاری¹؛ امیرحسین مغنیان^{* 2}؛ مرتضی ثقفی یزدی²

¹کارشناسی ارشد مهندسی مواد، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه بین‌المللی امام خمینی (ره)، قزوین، ایران.

²استادیار گروه مهندسی مواد، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه بین‌المللی امام خمینی (ره)، قزوین، ایران.

چکیده

در این مطالعه، ریزساختار پوشش­های کاربید تنگستن ایجاد شده به روش فرآیند سوخت اکسیژنی با سرعت‌بالا (HVOF) بر روی فولاد 4130 در شدت­های پاشش­ متفاوت در محدوده 5/6 تا Bar 2/7 و مقدار پودر مصرفی 60 تا gr/min80 مورد بررسی قرار گرفت. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) نشان داد که با انتخاب پارامترهای مناسب فرآیند پوشش­دهی، می­توان میزان تخلخل­های ایجاد شده و توزیع یکنواخت­تر آن­ها را در کل سطح پوشش، تعیین کرد. نتایج حاصل از پراش پرتوایکس (XRD)، حضور کاربیدهای WC و W₆C_2.54 در نمونه­های پوشش داده شده را تأیید کرد. با افزایش مقدار پودر تزریقی از 60 به gr/min80 به دلیل عدم زمان لازم برای ذوب کامل ذرات کاربید تنگستن و در نتیجه عدم توزیع یکنواخت ذرات پوشش بر روی زیرلایه، سختی پوشش­ها به دلیل ایجاد میزان تخلخل­های بیشتر کاهش پیدا می­کند. نتایج حاصل از آزمون سایش نشان داد که پوشش­های اعمالی در تمامی شرایط نسبت به نمونه کنترل، مقاومت به سایش بالاتری از خود نشان می­دهند. با مشخصه­یابی و مطالعه­ی تمامی نتایج، این نکته حاصل می­گردد که سرعت پاشش در فرآیند HVOF، تأثیرگذارتر از مقدار پودرهای مصرفی است. نتایج نشان داد که مکانیزم سایش پوشش W₂، ترکیبی از مکانیزم سایش دو جسمی و سه جسمی، سایش خستگی و سایش چسبان می‌باشد، این در حالی است که مکانیزم غالب، سایش خراشان دو جسمی است. نهایتاً پوشش ایجاد شده توسط فرآیند HVOF با شدت پاشش Bar 2/7 و مقدار پودر مصرفی g/min72 (W₂) به‌عنوان نمونه بهینه در بین تمامی پوشش­ها، ازنظر بهترین مقاومت به سایش معرفی می­گردد.

کلیدواژه‌ها

کاربید تنگستن؛ پوشش‌دهی؛ روش HVOF؛ میکروسختی؛ سایش

مراجع

[1] م. طاهری، م. ح. سهی، م. قدمی، "پاشش حرارتی: ویژگی­ها و کاربردها"، دانشگاه صنایع و معادن ایران، تهران، 1387.

 

[2] K. Seiji, "Warm spraying-a novel coating process based on high-velocity impact of solid particles", Sci. Technol. Adv. Mater, 2008.

 

[3] م. طهری، "بهینه­سازی پارامترهای پاشش حرارت HVOF، برای بهبود مقاومت به اکسیداسیون پوشش MCrAlY توسط روش سطح پاسخ"، مجله فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، شماره 3، صفحه 73-85، پاییز 1396.

 

[3] K. O. Méndez-Medrano & et al, "Microstructure and Properties Characterization of WC-Co-Cr Thermal Spray Coatings", Journal of Minerals and Materials Characterization and Engineering, pp. 428-497. 2018.

 

 

 

[4] H. Wang & et al. "Sliding wear resistance enhancement by controlling W₂C precipitation in HVOF sprayed WC-based cermet coating," Surface and Coatings Technology, vol. 387, pp. 125533, 2020.

 

[5] Q. Wang & et al. "The parameters optimization and abrasion wear mechanism of liquid fuel HVOF sprayed bimodal WC–12Co coating", Surface and coatings technology, pp. 2231-2241, 2012.

 

[7] س. شریف حسن، ض. والفی، س. ح. حسینی و ک. جعفرزاده، "اثر فاصله پاشش و نرخ تغذیه پودر در فرآیند HVOF بر رفتار خوردگی داغ پوشش­های NiCrAlY"، مجله فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، شماره 3، صفحه 33-43، پاییز 1389.

 

[8] ع. ا. قادی، ح. ثقفیان و م. سلطانیه، "بررسی تأثیر زیرلایه فولادی در تشکیل پوشش­های کاربیدی کروم و وانادیم با روش نفوذ فعال حرارتی"، مجله فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، صفحه 119-129، شماره 2 - تابستان 1397.

 

[9] K. Holmberg & et al, "Tribological contact analysis of a rigid ball sliding on a hard coated surface: Part II: Material deformations, influence of coating thickness and Young's modulus", Surface and Coatings Technology, vol. 200, pp. 3810-3823, 2006.

 

[10] G. Bolelli, L. Lusvarghi & M. Barletta, "HVOF-sprayed WC–CoCr coatings on Al alloy: effect of the coating thickness on the tribological properties", Wear, vol. 267, pp. 944-953, 2009.

 

[11] C. J. Li & A. Ohmori, "Relationships between the microstructure and properties of thermally sprayed deposits", Journal of thermal spray technology, vol. 11, pp. 365-374, 2002.

 

[12] M. Capp & J. Rigsbee, "Laser processing of plasma-sprayed coatings", Materials Science and Engineering, vol. 62, pp. 49-56, 1984.

 

[13] A. Stewart, P. H. Shipway & D. G. McCartney, "Surface and Coatings Technology", vol. 105, pp. 13-24, 1998.

 

[14] S. K. Asl, M. H. Sohi, K. Hokamoto & M. Uemura, "Effect of heat treatment on wear behavior of HVOF thermally sprayed WC-Co coatings," Wear vol. 260, pp. 1203-1208, 2006.

 

[15] K. Dejun & S. Tianyuan, "Wear behaviors of HVOF sprayed WC-12Co coatings by laser remelting under lubricated condition", Optics & Laser Technology, vol. 89, pp. 86-91, 2017.

[16] E. Celik, O. Culha, B. Uyulgan, N. A. Azem, I. Ozdemir & A. Turk, "Assessment of microstructural and mechanical properties of HVOF sprayed WC-based cermet coatings for a roller cylinder", Surface and Coatings Technology, vol. 200, no. 14-15, pp. 4320-4328, 2006.

 

[17] M. M. De Oliveira, H. L. Costa, W. M. Silva & J. D. B. De Mello, "Effect of iron oxide debris on the reciprocating sliding wear of tool steels", Wear, vol. 426-427, pp. 1065-1075, 2019.

 

[18] A. C. Bozzi & J. D. B. de Mello, "Wear resistance and wear mechanisms of WC–12%Co thermal sprayed coatings in three-body abrasion", Wear, vol. 233-235, pp. 575-587, 1999.

 

[19] Y. Qiao, Y. Liu & T. E. Fischer, "Sliding and abrasive wear resistance of thermal-sprayed WC-CO coatings", Journal of Thermal Spray Technology, vol. 10, no. 1, pp. 118-125, 2001.

 

[20] N. Axén, S. Jacobson & S. Hogmark, "Influence of hardness of the counterbody in three-body abrasive wear-an overlooked hardness effect", Tribology International, vol. 27, pp. 233-241, 1994.

 

[21] L. Fan, Y. Dong, H. Chen, L. Dong & Y. Yin, "Wear Properties of Plasma Transferred Arc Fe-based Coatings Reinforced by Spherical WC Particles", Journal of Wuhan University of Technology-Mater. Sci. Ed, vol. 34, pp. 433-439, 2019.