بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش پوشش نانو کامپوزیتی WSi2-SiC روی زیرلایه فولاد ساده کربنی به روش روکش کاری جوشی ایجاد شد و تاثیر تقویت کننده SiC بر خواص مکانیکی آن مورد ارزیابی قرار گرفت. برای این منظور ابتدا پارامترهای فرآیند روکشکاری شامل شدت جریان و نرخ روبش بهینه سازی شده و نمونه ساده WSi2 و کامپوزیت WSi2-SiC روکش کاری شدند.
جهت بررسی ریزساختار پوشش حاصله از میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی استفاده گردید و مشاهده گردید مورفولوژی پوشش حالت دندریتی دارد. سختی پوشش ایجاد شده از روش سختی سنجی ویکرز محاسبه گردید و نتایج نشان دهنده افزایش سختی نمونه روکش کاری شده در حدود 6 برابر میزان سختی زیرلایه بودند.ترکیب بین فلزی WSi2 نیز همانند سایر ترکیبات بین فلزی دارای تافنس پایینی می باشد. با افزودن 20 درصد SiC به ترکیب WSi2 مشاهده گردید چقرمگی نمونه افزایش می یابد. افزایش چقرمگی مرتبط به کاهش اندازه دندریتها در پوشش کامپوزیتی می باشد.
-1 مقدمه
فولادهای ساده کربنی مهمترین گروه آلیاژهای مهندسی اند. این فولاد ها به علت هزینه به نسبت کم تولید و داشتن گستره ی وسیعی از خواص در بین مواد مهندسی در درجه اول اهمیت قرار دارد. کاربرد فولاد های ساده کربنی نامحدود است. فولاد های ساده کربنی به دلیل خواص فیزیکی و مکانیکی مناسب و اقتصادی بودن ،در صنعت به طور گسترده ای استفاده می شوند.
این گروه از فولاد ها دارای مقاومت به سایش بالایی نیستند.از طریق اعمال پوشش های مقاوم به سایش و اکسیداسیون بر روی این گروه از فولاد ها،در سیستم هایی که در دما و فشار بالا کار میکنند،میتوان به مقاومت آنها در برابر سایش و اکسیداسیون شدید افزود.[1] ترکیبات بین فلزی به دلیل برخورداری از خواص مکانیکی بالا ، مقاومت بالا در برابر خوردگی، پایداری در دمای بالا و دانسیته نسبتا پایین به طور فزاینده ای مورد توجه قرار گرفته اند و در کاربرد های پوششی مورد استفاده قرار میگیرند.این ترکیبات سختی بالا و مقاومت سایشی مناسبی دارند 3]،.[2 یکی از بزرگترین مشکلات ترکیبات بین فلزی تافنس شکست پایین این ترکیبات در زیر دمای انتقال تردی به نرمی می باشد.
جهت بهبود خواص مکانیکی ترکیبات بین فلزی و بهبود تافنس شکست معمولا از اضافه کردن فاز دوم به ترکیبات بین فلزی تحت عنوان فاز تقویت کننده استفاده می گردد. SiC به دلیل سختی بالا، دانسیته پایین و مقاومت به اکسیداسیون بالا یکی از جذابترین ترکیبات مورد استفاده به عنوان تقویت کننده می باشد.
تا کنون تحقیقات زیادی در زمیته کامپوزیت سازی WSi2 با تقویت کننده SiC گزارش شده است.از جمله می توان به تحقیقات اینجین شون و همکارانش اشاره کرد. در این پژوهش آنها موفق شدند ترکیب کامپوزیتی WSi2-SiC را به روش سنتز احتراقی سنتز کنند و نتایج آزمون چقرمگی شکست نشان دهنده بهبود چقرمگی WSi2 با افزودن SiC می باشد.
در تحقیقی دیگر جین یون ترکیب کامپوزیتی WSi2-SiC را با استفاده از روش رسوب شیمیایی بخار ایجاد کردند و نتایج نشان دهنده بهبود خاصیت چقرمگی ترکیب WSi2-SiC نسبت به WSi2 بود.[5] .تا کنون تحقیقی در زمینه روکشکاری ترکیب WSi2-SiC گزارش نشده است. در این تحقیق از ترکیب WSi2-SiC برای روکش کاری فولاد ساده کربنی استفاده گردیده است. WSi2 دارای ساختار کریستالی تتراگونال از نوع C11b با دانسیته 9/86 gr/cm3 بوده و نقطه ذوب آن 2150 درجه سانتی گرد میباشد.جهت بهبود خواص مکانیکی WSi2 از 20 درصد وزنی SiC به عنوان تقویت کننده استفاده گردید.
فعالیت های تجربی
از فولاد ساده کربنی ST37 به عنوان زیرلایه استفاده گردید. نمونه ها در ابعاد 5×5×1 Cm3 بریده شده و جهت آماده سازی سطحی از سنگ مغناطیسی برای حذف لایه اکسیدی سطح استفاده گردید. سپس سطح نمونه ها تحت عملیات سمباده زنی تا سمباده 800 قرار گرفته و در نهایت سطح نمونه ها قبل از اعمال لایه پیش نشست در استون چربیزدایی شدند.
پودر های WSi2 و WSi2-SiC با مقادیر 5 گرم با استفاده از چسب PVA به صورت پیش نشست بر روی زیرلایه فولادی قرار گرفتند. جهت جلوگیری از شوک حرارتی نمونه ها به مدت یک ساعت تحت دمای 100 درجه سانتیگراد پیشگرم شدند. از روش جوشکاری قوسی تنگستن-گاز خنثی جهت اعمال لایه روکشی استفاده گردید. شکل 1 شمایی از روش روکشکاری جوشی با استفاده از جوشکاری قوسی تنگستن-گاز خنثی - TIG - را نشان میدهد.
پارامترهای فرآیند شامل شدت جریان و سرعت روبش دست جوشکار در نظر گرفته شده و پس از بهینه یابی بهترین پارامتر جهت بررسی خواص مکانیکی لایه روکشی استفاده گردید.جهت بررسی خواص مکانیکی نمونه ها در مقطع عرضی بریده شده و تحت عملیات سمباده زنی تا سمباده شماره 3000 قرار گرفته و سپس با محلول آلومینای 3میکرون پولیش شدند.در نهایت نمونه ها با استفاده از محلول نایتال 2درصد اچ شدند.
جهت بررسی ریزساختار روکش حاصل شده از میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی استفاده گردید. از آزمون سختی سنجی ویکرز برای مقایسه سختی و چقرمگی نمونه های روکشکاری شده استفاده شد. با اعمال نیروی 100 گرم که به مدت 15 ثانیه بارگذاری میشود حفره ای لوزی شکل بدست می آید که با اندازهگیری قطرهای لوزی حاصله سختی محاسبه گردید.
شکل1 شمایی کلی از روش روکش کاری جوشی ترکیبات کامپوزیتی با روش [6] TIG
نتایج و بحث
شدت جریان های 100 و 120 آمپر سبب ذوب ناقص لایه پیش نشست شده گردیده و اتصال مناسبی بین زیرلایه و پودر کامپوزیتی بوجود نمی آید. بنابراین شدت جریان140 آمپر با سرعت روبش 21/35 mm/min به عنوان حالت بهینه جهت روکشکاری لایه کامپوزیتی انتخاب و در ادامه پژوهش مورد استفاده قرار گرفتند.
شکل2 مورفولوژی پوشش ایجاد شده به روش روکشکاری قوسی تنگستن-گاز خنثی را نشان میدهد. همانطور که در تصویر دیده میشود ریزساختار هر دو پوشش پوشش مشابه بوده و دندریتی می باشد. این دندریتها به صورت یکنواخت در سرار پوشش توزیع شده اند و مناطقی غنی از تنگستن و سیلیسیم می-باشند. مناطق بین دندریتی نیز مناطق غنی از آهن میباشند و نشانگر رقت پوشش حاصله می باشد.
شکل:2 مورفولوژی پوشش های ایجاد شده الف:پوشش WSi2 ب:پوشش WSi2-SiC
شکل3 نتایج آزمون سختی سنجی ویکرز را نشان میدهد. جهت جلوگیری از تداخل حوزه های کرنش ایندنت ها به فاصله مساوی و حدود 150 میکرون بارگذاری گردیدند.همانطور که در تصویر مشخص شده
