تأثیر عملیات حرارتی بر ریزساختار و خواص مکانیکی پوشش Cr3C2-NiCr ایجاد شده توسط فرایند HVOF

فرآیندهای نوین در مهندسی مواد

دوره 14، شماره 4 - شماره پیاپی 55، دی 1399، صفحه 53-63   

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

پژمان زمانی مقدم^{* 1}؛ رضا قاسمی¹؛ بهناز سعیدی¹؛ حمید دهاقین²؛ فرهاد شهریاری³؛ محمود معماری⁴

¹کارشناس واحد توسعه پوشش، شرکت توربوکمپرسورتک خاورمیانه، تهران، ایران

²مدیر واحد توسعه پوشش، شرکت توربوکمپرسورتک خاورمیانه، تهران، ایران.

³مشاور واحد توسعه پوشش، دانشگاه صنعتی شیراز، شیراز، ایران.

⁴مدیر گروه توسعه تکنولوژی ساخت، شرکت توربوکمپرسورتک خاورمیانه، تهران، ایران

چکیده

ایجاد ترکیب سرمتی Cr₃C₂-NiCr توسط فرایند پاشش سوخت-اکسیژن سرعت بالا (HVOF) منجر به انحلال بخشی از فازهای Cr₃C₂ در آلیاژ NiCr و افت سختی و مدول الاستیک پوشش می­شود. در این تحقیق، پودر ­Cr₃C₂-25wt% (Ni-20Cr) توسط فرایند HVOF روی زیرلایه­هایی از جنس سوپر آلیاژ Hastelloy X اعمال شدند. تأثیر عملیات حرارتی بر بازیابی فاز Cr₃C₂و بهبود سختی و مدول الاستیک پوشش مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور، بررسی ریزساختاری توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی و بررسی ترکیب فازی توسط آنالیز پراش اشعه ایکس (XRD) روی پوشش قبل و بعد از عملیات حرارتی انجام شد. آنالیز تصاویر میکروسکوپی الکترونی برگشتی نشان داد که طی عملیات حرارتی تا 11 درصد فازهای کاربیدی حل شده در آلیاژ NiCr بازیابی می­شوند. در الگوهای XRD پوشش عملیات حرارتی شده، نواحی آمورف محو شدند و پیک‌های NiCr باریک و با شدت بیشتری در الگوی فاز زمینه مشاهده شدند. همچنین سختی و مدول الاستیک پوشش­ پس از عملیات حرارتی به ترتیب به میزان HV_0.3 156 و  GPa98 افزایش یافت.

کلیدواژه‌ها

Cr3C2-NiCr؛ عملیات حرارتی؛ ریزساختار؛ ترکیب فازی؛ خواص مکانیکی

مراجع

[1] T. Sahraoui & et al. "Alternative to chromium: characteristics and wear behavior of HVOF coatings for gas turbine shafts repair (heavy-duty)." Journal of Materials Processing Technology, vol. 152, no. 1, pp, 43-55, 2004.

 

[2] J. M. Guilemany, S. Dosta & J. R. Miguel. "The enhancement of the properties of WC-Co HVOF coatings through the use of nanostructured and microstructured feedstock powders." Surface and Coatings Technology, vol. 201, no. 3-4, pp, 1180-1190, 2006.

 

[3] Y. Liu, W. Liu, Y Ma & et al. "A comparative study on wear and corrosion behavior of HVOF-and HVAF-sprayed WC–10Co–4Cr coatings." Surface Engineering, vol. 33, no. 1, pp, 63-71, 2017.

 

[4] S. Matthews, B. James & M. Hyland. "The role of microstructure in the mechanism of high velocity erosion of Cr₃C₂–NiCr thermal spray coatings: Part 1—as-sprayed coatings." Surface and Coatings Technology, vol. 203, no. 8, pp, 1086-1093, 2009.

 

[5] S. Matthews, M. Hyland & B. James. "Microhardness variation in relation to carbide development in heat treated Cr₃C₂–NiCr thermal spray coatings." Acta Materialia, vol. 51, no. 14, pp, 4267-4277, 2003.

 

[6] ا. امیرکاوئی و ع. سعیدی، "تولید پودر کاربید کروم (Cr₃C₂) به روش­های سنتز احتراقی و مکانوشیمیایی"، فرایندهای نوین در مهندسی مواد، شماره اول، 1389.

 

[7] W. Żórawski & S. Kozerski, "Scuffing resistance of plasma and HVOF sprayed WC12Co and Cr₃C₂-25 (Ni20Cr) coatings." Surface and Coatings Technology, vol. 202, no. 18, pp, 4453-4457, 2008.

 

[8] V, Matikainen & et al. "Sliding wear behaviour of HVOF and HVAF sprayed Cr₃C₂-based coatings." Wear, vol. 388, pp, 57-71, 2017.

 

[9] A. S. M. Ang, H. Howse, S. A. Wade & et al. "Manufacturing of nickel based cermet coatings by the HVOF process." Surface Engineering, vol. 32, no. 10, pp, 713-724, 2016.

 

[10] S. Matthews, M. Hyland & B. James. "Long-term carbide development in high-velocity oxygen fuel/high-velocity air fuel Cr₃C₂-NiCr coatings heat treated at 900 C." Journal of Thermal Spray Technology, vol. 13, no. 4, pp, 526-536, 2004.

 

[11] J. M. Guilemany & et al. "Role of heat treatments in the improvement of the sliding wear properties of Cr₃C₂–NiCr coatings." Surface and Coatings Technology, vol. 157, no. 2-3, pp, 207-213, 2002.

 

[12] O. Fumitaka & et al. "Properties of Cr₃C₂-NiCr cermet coating sprayed by high power plasma and high velocity oxy-fuel processes." Journal of thermal spray technology, vol.  9, no. 4, pp, 499-504, 2000.

[13] م. حاجیلو و ض. والفی، بررسی تأثیر دما و زمان فرآیند گداخت بر ریزساختار و عملکرد سایشی پوشش­های NiCrBSi پاشش پلاسمایی، فرایندهای نوین در مهندسی مواد، سال 13، شماره 2، 1398.

 

[14] J. P. Singh, "Use of Indentation Technique to Measure Elastic Modulus of Plasma-Sprayed Zirconia Thermal Barrier Coatings." Ceramic Engineering & Science Proceedings. 1997.

 

[15] پ. زمانی مقدم، ر. قاسمی، ب. سعیدی و ح. دهاقین، بررسی ریزساختار، سختی و استحکام پیوند پوشش سرمتی Cr₃C₂-NiCr ایجادشده روی اجزای محفظه احتراق توربین گازی توسط فرایند HVOF، نوزدهمین کنگره ملی مهندسی سطح، بهمن­ماه 1397.

 

[16] D. Ghosh & S. K. Mitra, "Plasma sprayed Cr₃C₂–Ni–Cr coating for oxidation protection of 2· 25Cr–1Mo steel." Surface Engineering, vol. 31, no. 5, pp, 342-348, 2015.

 

[17] H. Singh, T. S. Sidhu, J. Karthikeyan & et al. "Development and characterization of Cr₃C₂–NiCr coated superalloy by novel cold spray process." Material Manufacturing Processes, vol. 31, no. 11 pp, 1476-1482, 2016.

 

[18] S. Matthews, "Doctoral Thesis – Erosion–corrosion of Cr₃C₂–NiCr high velocity thermal spray coatings", Department of Chemical and Materials Engineering, Vol. Doctoral Thesis, The University of Auckland, Auckland, 2004.

 

[19] P. Dominique, J. G. Legoux & R. S. Lima, "Engineering HVOF-sprayed Cr₃C₂-NiCr coatings: the effect of particle morphology and spraying parameters on the microstructure, properties, and high temperature wear performance." Journal of thermal spray technology, vol. 22, no. 2-3, pp, 280-289, 2013.

 

[20] P. Sahoo & R. Raghuraman. "Chromium-carbide-reinforced composite coatings for high-temperature hard-coat applications." Thermal Spray Coat: Res., Design Appl., Proc. Natl. Spray Conf. 1993.

 

[21] J. He & E. J. Lavernia. "Precipitation phenomenon in nanostructured Cr₃C₂–NiCr coatings." Materials Science and Engineering: A, vol. 301, no. 1, pp, 69-79, 2001.

 

[22] J. M. Guilemany & et al. "Role of heat treatments in the improvement of the sliding wear properties of Cr₃C₂–NiCr coatings." Surface and Coatings Technology, vol. 157, no. 2-3, 207-213, 2002.

 

[23] CRC Materials Science and Engineering Handbook. p.472.