بررسی ریزساختاری تک‌اسپلت آلومینایی ایجاد شده با فرآیند پاشش شعله‌ای سرعت بالای محلول پیش‌ماده

فرآیندهای نوین در مهندسی مواد

دوره 16، شماره 3 - شماره پیاپی 62، آبان 1401، صفحه 13-28   

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

سعید تقی رمضانی^{* 1}؛ ضیاء والفی²

¹دانشجوی دکتری مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، مجتمع دانشگاهی مواد و فناوری‌های ساخت.

²دانشیار، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، مجتمع دانشگاهی مواد و فناوری‌های ساخت.

چکیده

فرآیندهای پاشش حرارتی محلول پیش­ماده (SPTS) روشی مناسب جهت تولید پوشش­های با ساختار نانو هستند. به‌واسطه‌ی عدم رخداد کامل واکنش­هایی نظیر تبخیر حلال و پیرولیز پیش‌ماده، دستیابی به پوشش­های با خواص کنترل‌شده در یک نرخ رسوب­دهی رضایت‌بخش کماکان به‌عنوان یک چالش مهم در این فرآیندها مطرح است که نیاز به کنترل دقیق پارامترهای پاشش دارد. در این تحقیق، به‌منظور بررسی تأثیر پارامترهای پاشش شعله­ای سرعت بالای محلول پیش­ماده از جمله مقدار سوخت و اکسیژن، فاصله پاشش و نرخ تزریق محلول از آزمون پاشش تک­اسکن بر روی زیرلایه­های شیشه­ای استفاده شد. مورفولوژی اسپلت­های تشکیل‌شده و مشخصه­های ساختاری با استفاده از میکروسکوپ الکترون روبشی (SEM) بررسی شد. مقایسه­ی ساختاری در آزمون پاشش تک­اسکن که در دو نسبت سوخت به اکسیژن انجام شد، نشان داد که در پارامتر شعله با فشار اکسیژن bar 6 و سوخت bar 3 در نرخ تزریق محلول پیش‌مادهcm³/min  20 و فاصله پاششcm  5 به عنوان پارامتر بهینه انتخاب شد. در این پارامتر به دلیل پایین بودن نرخ تزریق محلول و انتقال گرمای بیشتر به ازای هر قطره محلول پیش­ماده و تکمیل فرآیندهایی که در نتیجه آن ذوب و کریستالی شدن اتفاق می­افتد، تعداد اسپلت­ها افزایش یافت. همچنین ارزیابی پاشش تک­اسکن در شعله با فشار اکسیژن bar 8 و سوخت bar 4 و فاصله پاششcm  5 نشان داد که نرخ تزریق محلول پیش‌مادهcm³/min  40 به دلیل افزایش تعداد اسپلت­های ریز و به‌واسطه‌ی بهبود راندمان پوشش­دهی مناسب­تر خواهد بود.

کلیدواژه‌ها

پاشش شعله‌ای سرعت بالا؛ پاشش تک‌اسکن؛ نیترات آلومینیوم؛ محلول پیش‌ماده؛ آلومینا

مراجع

[1] H. Grewal, H. Singh & A. Agrawal, "Microstructural and mechanical characterization of thermal sprayed nickel–alumina composite coatings," Surface and coatings Technology, vol. 216, pp. 78-92, 2013.

 

[2] A. Afrasiabi, M. Saremi & A. Kobayashi, "A comparative study on hot corrosion resistance of three types of thermal barrier coatings: YSZ, YSZ+ Al 2 O 3 and YSZ/Al 2 O 3," Materials Science and Engineering: A, vol. 478, no. 1, pp. 264-269, 2008.

 

[3] P. Fauchais, "Thermal Spray Fundamentals/ Fauchais, P., Heberlein, J., Boulos, M," NY: Springer, p. 1600, 2014.

 

[4] E. Bouyer, D. Branston, G. Lins, M. Müller, J. Verlegen & M. von Bradke, "Progress in Plasma Processing of Materials ed P Fauchais," ed: New York, USA: Begell House, 1997.

 

[5] س. تقی­رمضانی، ض. والفی، ن. احسانی، "بررسی خواص اکسیداسیون و شوک حرارتی پوشش سپر حرارتی کامپوزیتی YSZ/Al₂O₃ با آلومینای ایجاد شده با فرآیند پاشش حرارتی محلول پیش‌ماده،" فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، دوره 14، شماره 4، صفحه 90-77، 2020.

 

[6] J. Rauch, G. Bolelli, A. Killinger, R. Gadow, V. Cannillo & L. Lusvarghi, "Advances in high velocity suspension flame spraying (HVSFS)," Surface and Coatings Technology, vol. 203, no. 15, pp. 2131-2138, 2009.

 

[7] س. س. خلیفه سلطانی، ر. ابراهیمی کهریزسنگی، ف. نعیمی، "بررسی رفتار سینتیکی اکسیداسیون ایزوترم دمای بالای پوشش‌های MCrAlY اعمال‌شده به روش HVOF،" فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، دوره 10، صفحه 80-67، 2016.

 

 [8] D. Chen, E. H. Jordan & M. Gell, "Solution precursor high-velocity oxy-fuel spray ceramic coatings" , Journal of the European Ceramic Society, vol. 29, no. 16, pp. 3349-3353, 2009.

 

[9] M. Pasandideh-Fard, V. Pershin, S. Chandra & J. Mostaghimi, "Splat shapes in a thermal spray coating process: simulations and experiments," Journal of thermal spray technology, vol. 11, no. 2, pp. 206-217, 2002.

 

[10] S. Brossard, "Microstructural Analysis of Thermal Spray Coatings by Electron Microscopy," University of New South Wales, 2010.

 

[11] A. T. T. Tran, M. Hyland, T. Qiu, B. Withy & B. James, "Effects of surface chemistry on splat formation during plasma spraying," Journal of thermal spray technology, vol. 17, no. 5-6, pp. 637-645, 2008.

 

[12] H. Kassner, R. Siegert, D. Hathiramani, R. Vassen & D. Stoever, "Application of suspension plasma spraying (SPS) for manufacture of ceramic coatings," Journal of thermal spray technology, vol. 17, no. 1, pp. 115-123, 2008.

 

[13] H. Kaβner, R. Vaβen & D. Stöver, "Study on instant droplet and particle stages during suspension plasma spraying (SPS)," Surface and coatings technology, vol. 202, no. 18, pp. 4355-4361, 2008.

 

[14] M. Gell et al., "Thermal barrier coatings made by the solution precursor plasma spray process," Journal of Thermal Spray Technology, vol. 17, no. 1, pp. 124-135, 2008.

 

[15] S. A. Deshpande, Thermal spray coatings: Insights into microstructural evolution and high temperature behavior across length scales. State University of New York at Stony Brook, 2004.

 

[16] L. Xie et al., "Formation of vertical cracks in solution-precursor plasma-sprayed thermal barrier coatings," Surface and Coatings Technology, vol. 201, no. 3-4, pp. 1058-1064, 2006.

 

[17] M. Gell, L. Xie, X. Ma, E. H. Jordan & N. P. Padture, "Highly durable thermal barrier coatings made by the solution precursor plasma spray process," Surface and Coatings Technology, vol. 177, pp. 97-102, 2004.

 [18] M. Li & P. D. Christofides, "Modeling and control of high-velocity oxygen-fuel (HVOF) thermal spray: a tutorial review," Journal of thermal spray technology, vol. 18, no. 5-6, p. 753, 2009.