بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق به بررسی اثر فاصله پاشش بر روی خواص فیزیکی پوششهای استلایت6 ایجاد شده توسط فرایند HVOF پرداخته شده است. بدین منظور سه فاصله پاشش 25، 30 و 35 سانتیمتری جهت ایجاد نمونهها انتخاب شده و بقیه پارامترهای پاشش ثابت در نظر گرفته شد. ریزساختار، تخلخل و فازشناسی پوششهای ایجاد شده توسط تجهیزاتی نظیر میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی - - SEM مورد بررسی قرار گرفت. همچنین آزمون ریز سختی سنجی نیز بر روی مقطع پوششها انجام گرفت.
یافتههای پژوهشی نشان داد که مناسبترین فاصله پاشش با توجه به آزمونهای انجام شده فاصله 30 سانتیمتری می باشد و بهترین نتایج در این فاصله ایجاد شده است.
کلمات کلیدی: پاشش حرارتی، استلایت6، پوشش، ریزساختار، سختی
مقدمه
پاشش حرارتی به مجموعهای از فرایندهای پوششدهی اطلاق میشود که در طی آن قطعات ریز مذاب یا نیمه مذاب به روی سطح مورد نظر پاشیده شده و تشکیل پوشش میدهند. فرایند HVOF یکی از عمومیترین و در عین حال پیشرفتهترین و مهمترین فرایندهای پاشش حرارتی میباشد که به طور وسیعی در صنایع برای ایجاد پوششهایی با کیفیت بالا، جهت حفاظت قطعات از سایش، خوردگی و فرسایش مورد استفاده قرار می گیرد.[1]
فاصله پاشش یکی از مهمترین پارامترهای قابل کنترل در فرایندهای پاشش حرارتیخصوصاً فرایند HVOF جهت ایجاد پوششهایی با کیفیت مناسب میباشد. این بدین دلیل است که فاصله پاشش بر روی دما، سرعت و خواص اکسیداسیونی ذرات پرتابی اثر میگذارد. بر اساس تحقیقات Lavernia و همکارانش[2] و همچنین Legoux و همکارانش[3]، هرچه فاصله تفنگ پاشش از سطح قطعه در حال پاشش بیشتر باشد، دمای ذرات پرتابی نیز بالاتر خواهد بود. Lavernia و همکارانش مطالعاتی را بر روی چندین پودر با اندازه ذرات متفاوت انجام داده و دریافتند که با افزایش فاصله به دلیل اینکه ذرات پودر در مدت زمان بیشتری در شعله پرواز میکنند، دمای آنها افزایش مییابد. در ضمن هرچه اندازه ذرات پودر کوچکتر باشد افزایش دمای آنها نیز بیشتر خواهد بود. نتیجه Legoux و همکارانش نیز در این زمینه نشان داد که با افزایش فاصله تفنگ پاشش از سطح زیر لایه در ابتدا سرعت و دمای ذرات افزایش یافته و بعد از رسیدن به حداکثر میزان خود دوباره سرعت و دمای ذرات کاهش مییابد.
سلیمی جزی[4] نیز ارتباط بین فاصله با دما و سرعت ذرات را برای آلیاژ Ti-6Al-4V در اندازه ذرات مختلف به دست آورد. او دریافت که دما و سرعت ذرات با افزایش فاصله افزایش یافته و بعد از رسیدن به یک مقدار حداکثر در فاصله 10 سانتیمتری، به آرامی شروع به کاهش می کند. او همچنین دریافت با افزایش اندازه ذرات دما و سرعت آنها در یک فاصله ثابت کاهش پیدا میکند.
هدف از انجام این تحقیق به دست اوردن شرایط مناسب پاشش جهت استفاده از این پوشش در صنایع نفت وگاز میباشد.
روش انجام تحقیق
در این تحقیق از فولاد ساده کربنی DIN1.2356 به عنوان ماده زیر لایه استفاده شد. جهت ایجاد پوشش بر روی زیر لایه نمونههایی از آن به ابعاد 10 15 60 mm تهیه شده که این نمونهها قبل از فرایند پوششدهی بوسیله ماسه سیلیسی سند بلاست شده و توسط استون جهت زدودن چربیها و گرد و غبار شستوشو داده شدند.
همچنین از پودر استلایت 6 تولیدی شرکت Deloro stellite با شماره پودرJet-Kote 576 و ترکیب ذکر شده در جدول 1 به عنوان ماده پوشش استفاده شد. اندازه ذرات پودر در محدوده 15 تا 45 میکرومتر - مش - 325 بود. شکل 1 تصویر SEM ذرات پودر را نشان میدهد. این تصویر نشان میدهد که مورفولوژی ذرتا پودر کاملاً کروی بوده و دارای ساختار دندریتی می باشد.
شکل:1 تصویرمیکروسکوپ الکترونی ذرات پودر استلایت6 مصرفی به عنوان ماده پوشش
جدول:1 ترکیب شیمیایی پودر استلایت 6 مصرفی - درصد وزنی -
پودر استلایت 6 با استفاده از دستگاه HVOF ساخت شرکت Metallization مدل Met-Jet بر روی سطح زیر لایه پاشیده شده و پوشش مورد نظر ایجاد گردید. در این دستگاه از سوخت مایع کروسن استفاده شد. بعد از انجام عملیات پاشش، پوشش ایجاد شده در هوا سرد شد. پارامترهای مورد استفاده جهت فرایند پوششدهی در جدول 2 ارائه شده است.
جدول:2 پارامترهای مورد استفاده در پوششHVOF
جهت بررسی ساختار پوشش از میکروسکوپ نوری مدل Axiotech استفاده شد. از میکروسکوپ الکترونی روبشی TESCAN مدل VEGA برای بررسی ریز ساختار پوشش و همچنین برای آنالیز نقطهای پوشش استفاده شد. تخلخل پوشش با استفاده از تصاویر SEM و نرم افزار آنالیز تصویری اندازهگیری شد. ضخامت پوششایجادشده با استفاده از دستگاه ضخامت سنج Elcometer 456 اندازهگیری شد. میکروسختی پوشش نیز با استفاده از دستگاه Zwick 3212 و تحت بار 100 گرم اندازهگیری شد.
نتایج و بحث
خصوصیات و مشخصههای ریز ساختاری پوششهای HVOF مهمترین عاملیاست که ویژگیهای کاربردی این پوششها را مشخص میکند. بنابراین برای به دست آوردن پوششی با خواص کاربردی مورد نظر بایستی پارامترهای بهینه فرایند پوششدهی، در جهت رسیدن به ریز ساختار لازم انتخاب شود که یکی از مهمترین این پارامترها فاصله پاشش میباشد.[5] ساختار پوششهای HVOF شامل بیلیونها اسپلت1 است که به صورت لایهای روی یکدیگر قرار گرفته و توسط پیوندهای شیمیایی و مکانیکی به یکدیگر متصل شده و یک ریزساختار لایهای را ایجاد میکنند که میتوان این ساختار لایهای را در شکل 2 مشاهده کرد. مکانیزم پهن شدن شکلگیری این ریزساختار را در خلال پاشش توصیف میکند. بر اساس این مکانیزم پوششها توسط برخورد ذرات پرتابی مذاب بر سطح زیر لایه و یا لایههای قبلی، پهن و فشرده شده و نهایتاً منجمد میشوند .[2] بدین صورت یک ساختار لایهای متشکل از ذرات ذوب شده، نیمه ذوب شده و ذوب نشده، تخلخل، اکسید وآخال شکل میگیرد.
شکل :2 تصویر میکروسکوپ نوری از سطح مقطع پوشش استلایت6
از مهمترین پارامترهای تأثیر گذار در شکلگیری این عوامل فاصله پاشش میباشد. تغییر فاصله پاشش نیز بر روی سرعت و دمای ذرات پرتابی اثر گذاشته و لذا میتواند مورفولوژی پوشش را تحت تأثیر قرار دهد. با توجه به تصاویر - شکل - 3 مشخص است که نمونه شماره دو دارای کمترین میزان ذرات ذوب نشده و نیمه ذوب شده در ساختار پوشش میباشد. دلیل این امر آن است که با افزایش فاصله از 25 به 30 سانتیمتر، دما و سرعت ذرات به میزان مناسبی افزایش یافته که این امر باعث ذوب شدن بیشتر ذرات در
