بررسی تأثیر دما و زمان فرآیند گداخت بر ریزساختار و عملکرد سایشی پوشش‌های NiCrBSi پاشش پلاسمایی

فرآیندهای نوین در مهندسی مواد

مقاله 8، دوره 13، شماره 2 - شماره پیاپی 49، شهریور 1398، صفحه 103-123   

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

محمد حاجی لو^{* 1}؛ ضیاء والفی²

¹مجتمع دانشگاهی مواد و فناوریهای ساخت، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران

²مجتمع دانشگاهی مواد و فناوری های ساخت، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران

چکیده

در این پژوهش، پوشش‌های خودگداز NiCrBSi به روش پاشش پلاسمایی ایجاد شدند. تأثیر هم‌زمان دما و زمان عملیات حرارتی گداخت بر ریزساختار، زبری سطح، ریزسختی و همچنین عملکرد سایشی این پوشش‌ها ارزیابی شد. فرآیند گداخت در دماهای 1000، 1050 و ˚C1100 و به مدت 5، 15 و 25 دقیقه انجام شد. برای بررسی ریزساختار و مورفولوژی پوشش‌ها، تعیین ترکیب فازی آن‌ها و نیز مشاهده‌ی رد سایش از میکروسکوپ نوری، میکروسکوپ الکترونی روبشی و آنالیز پراش‌سنجی پرتوی ایکس استفاده شد. عملکرد سایشی پوشش‌های گداخت‌شده توسط آزمون پین روی دیسک مطالعه شد. با توجه به نتایج این پژوهش، فرآیند گداخت باعث کاهش ضخامت، تخلخل و زبری سطح پوشش، حذف مرز بین اسپلت‌ها، افزایش ریزسختی، ایجاد یک پیوند متالورژیکی بین پوشش و زیرلایه و تشکیل رسوبات سخت کاربیدی و بورایدی (Cr7C3 و CrB) شد. همچنین تجاوز از پارامترهای بهینه‌ی فرآیند گداخت باعث ایجاد پدیده‌ی گداخت بیش از حد و در نتیجه افت خواص پوشش شد. مشخص شد که دمای ˚C1000 و زمان پنج دقیقه، پارامترهای بهینه‌ی گداخت در این تحقیق هستند؛ زیرا کمترین تخلخل، بیشترین ریزسختی و نیز بهترین عملکرد سایشی در نمونه‌ی گداخت‌شده در در این پارامترها به-دست آمد. مکانیسم سایشی غالب در این نمونه سایش خراشان بود.

کلیدواژه‌ها

پاشش پلاسمایی؛ فرآیند گداخت؛ پوشش‌های خودگداز NiCrBSi؛ تخلخل؛ سایش

مراجع

[1]     G. Straffelini, Friction and wear: methodologies for design and control: Springer, 2015.

 

[2]     G. Stachowiak & A. W. Batchelor, Engineering tribology: Butterworth-Heinemann, 2013.

 

[3]     P. Niranatlumpong & H. Koiprasert, “The effect of Mo content in plasma-sprayed Mo-NiCrBSi coating on the tribological behaviorˮ, Surface and Coatings Technology, Vol. 205, pp. 483-489, 2010.

 

[4]     T. Sidhu, S. Prakash & R. Agrawal, “Characterisations of HVOF sprayed NiCrBSi coatings on Ni-and Fe-based superalloys and evaluation of cyclic oxidation behaviour of some Ni-based superalloys in molten salt environmentˮ, Thin Solid Films, Vol. 515, pp. 95-105, 2006.

 

[5]       ک. طاهرخانی، خ. محمدی و ح. تارقلی زاده، "بررسی خواص سطحی و سایشی پوشش نیتریدی ایجادشده بر روی فولاد ابزار گرم کار H11 در روش نیتروژن دهی پلاسمایی پالسی"، فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، دوره 10، شماره 3، صفحه 23-36، پاییز 1395.

 

[6]     A. S. Praveen, J. Sarangan, S. Suresh & J. S. Subramanian, “Erosion wear behaviour of plasma sprayed NiCrSiB/Al₂O₃ composite coatingˮ, International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, Vol. 52, pp. 209-218, 2015.

 

[7]     Z. Zhang, H. Wang, B. Xu & G. Zhang, “Characterization of microstructure and rolling contact fatigue performance of NiCrBSi/WC–Ni composite coatings prepared by plasma sprayingˮ, Surface and Coatings Technology, Vol. 261, pp. 60-68, 2015.

 

[8]     D. Chaliampalias, G. Vourlias, E. Pavlidou, S. Skolianos, K. Chrissafis & G. Stergioudis, “Comparative examination of the microstructure and high temperature oxidation performance of NiCrBSi flame sprayed and pack cementation coatingsˮ, Applied Surface Science, Vol. 255, pp. 3605-3612, 2009.

 

[9]     A. H. Battez, J. Viesca, R. González, D. Blanco, E. Asedegbega & A. Osorio, “Friction reduction properties of a CuO nanolubricant used as lubricant for a NiCrBSi coatingˮ, Wear, Vol. 268, pp. 325-328, 2010.

 

[10] S. Liu, X. Zheng & G. Geng, “Dry sliding wear behavior and corrosion resistance of NiCrBSi coating deposited by activated combustion-high velocity air fuel spray processˮ, Materials & Design, Vol. 31, pp. 913-917, 2010.

 

[11] J. Miguel, J. Guilemany & S. Vizcaino, “Tribological study of NiCrBSi coating obtained by different processesˮ, Tribology International, Vol. 36, pp. 181-187, 2003.

 

[12]    م. طهری، م. اسماعیلیان و ب. شهریاری، "بررسی خواص سایش دمای بالای پوشش­های پاشش حرارتی و کلدینگ استلایت 6 و NiCrBSi اعمال شده بر روی فولاد گرمکار DIN-1.2344"، فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، دوره 10، شماره 4، صفحه 119-128، زمستان 1395.

 

[13] S. Dong, B. Song, H. Liao & C. Coddet, “Deposition of NiCrBSi coatings by atmospheric plasma spraying and dry-ice blasting: Microstructure and wear resistanceˮ, Surface and Coatings Technology, Vol. 268, pp. 36-45, 2015.

 

[14] T. Spraying, “Practice, theory and applicationsˮ, American Welding Society, 1985.

 

[15] R. Gonzalez, M. Cadenas, R. Fernández, J. Cortizo & E. Rodríguez, “Wear behaviour of flame sprayed NiCrBSi coating remelted by flame or by laserˮ, Wear, Vol. 262, pp. 301-307, 2007.

 

[16] Z. Bergant, U. Trdan & J. Grum, “Effect of high-temperature furnace treatment on the microstructure and corrosion behavior of NiCrBSi flame-sprayed coatingsˮ, Corrosion Science, Vol. 88, pp. 372-386, 2014.

 

[17] P. L. Fauchais, J. V. Heberlein & M. Boulos, Thermal spray fundamentals: from powder to part: Springer Science & Business Media, 2014.

 

[18] R. Gonzalez, M. Garcia, I. Penuelas, M. Cadenas, M. del Rocío Fernández, A. H. Battez & et al., “Microstructural study of NiCrBSi coatings obtained by different processesˮ, Wear, Vol. 263, pp. 619-624, 2007.

 

[19] Š. Houdková, E. Smazalová, M. Vostřák & J. Schubert, “Properties of NiCrBSi coating, as sprayed and remelted by different technologiesˮ, Surface and Coatings Technology, Vol. 253, pp. 14-26, 2014.

 

[20] E. ASTM, “1920 – 03 standard guide for metallographic preparation of thermal sprayed coatingsˮ, ASTM International, 2003.

 

[21] E. ASTM, “2109 – 01 test methods for determining area percentage porosity in thermal sprayed coatingsˮ, ASTM International, 2001.

 

[22] E. ASTM, “384-99: standard test method for microindentation hardness of materialsˮ, West Conshohocken, PA: American Standard for Testing Materials International, 1999.

 

[23] G. ASTM, “99–95a standard test method for wear testing with a pin-on-disk apparatusˮ, ASTM International, 2000.

 

[24] H. J. Kim, S. Y. Hwang, C. H. Lee & P. Juvanon, “Assessment of wear performance of flame sprayed and fused Ni-based coatingsˮ, Surface and Coatings Technology, Vol. 172, pp. 262-269, 2003.

 

[25] S. Shrestha, T. Hodgkiess & A. Neville, “The effect of post-treatment of a high-velocity oxy-fuel Ni-Cr-Mo-Si-B coating Part I: Microstructure/corrosion behavior relationshipsˮ, Journal of thermal spray technology, Vol. 10, pp. 470-479, 2001.

 

[26] V. Ramezani, H. Arabi, S. Rastegari & Z. Valefi, “Effect of flame spray and heat treatment parameters on microstructure of Ni-based coatingsˮ, 2010.

 

[27] M. Planche, H. Liao, B. Normand & C. Coddet, “Relationships between NiCrBSi particle characteristics and corresponding coating properties using different thermal spraying processesˮ, Surface and Coatings Technology, Vol. 200, pp. 2465-2473, 2005.

 

[28] C. Navas, R. Vijande, J. Cuetos, M. Fernández & J. De Damborenea, “Corrosion behaviour of NiCrBSi plasma-sprayed coatings partially melted with laserˮ, Surface and Coatings Technology, Vol. 201, pp. 776-785, 2006.

 

[29] J. R. Davis, Handbook of thermal spray technology: ASM International, 2004.

 

[30] T. Gómez-del Río, M. Garrido, J. Fernández, M. Cadenas & J. Rodríguez, “Influence of the deposition techniques on the mechanical properties and microstructure of NiCrBSi coatingsˮ, Journal of Materials Processing Technology, Vol. 204, pp. 304-312, 2008.