بخشی از مقاله
چکیده
یکی از قدیمی ترین و رایج ترین فرآیندها به منظوراِعمال پوشش های فلزی بر روی فولاد، غوطه وری گرم است. در این تحقیق از آهن خالص به عنوان زیرلایه و مذاب آلومینیم خالص و آلیاژی به عنوان حمام غوطه وری، در دماهای 750،700و800 درجه سانتیگراد برایزمان های مختلف استفاده شده است. از میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی - SEM - به منظور شناسایی و محاسبهی ضخامت ترکیبات بین فلزی استفاده شد.
نتایج نشان میدهد که فاز عمده تشکیل دهنده ترکیبات بین فلزی، فاز می باشد. این فاز به صورت ستونی رشد کرده و فصل مشترک زبانهای شکل با زیرلایه تشکیل میدهد. با افزایش درصد سیلیسیم در حمام مذاب، ضخامت ترکیب بین فلزی کاهش پیدا کرده و فصل مشترک زبانهای شکل کاهش یافتهو نهایتاً از بین میرود و فصل مشترک صاف و همواری را با زیرلایه بهوجود می آورد. همچنین افزایش دما و زمان غوطهوری، سبب افزایش ضخامت ترکیب بین فلزی و مورفولوژی زبانهای شکل فصل مشترکِ آن با زیرلایه می شود.
مقدمه
یکی از قدیمی ترین و رایج ترین فرایندهایاِعمال پوشش های فلزی بر روی فولاد، غوطه وری گرم است.[1]فولادهای کربنی به خاطر قیمت کم و خواص مکانیکی مطلوب تر نسبت به آهن به طور گسترده به عنوان ماده ی ساختمانی در کاربردهای مهندسی مورد استفاده قرار می گیرد. با این حال در یک محیط دمای بالا، فولاد کربنی می تواند به راحتی اکسید شود و یک لایه اکسید آهن غیر محافظ با نرخ رشد سریع روی سطح فولاد تشکیل دهد.[8-4] فولادهای سادهی کربنی آلومینایز شده به روش غوطه وری داغ به طور گستردهای در محیطهای دما بالا، به دلیل تشکیل لایهی متراکم Al2O3، استفاده میگردند.
میکروساختارپوشش های آلومینایز شده به این روش، شامل یک لایه آلومینیم خارجی مطابق با ترکیب حمام مذاب و یک لایه ترکیب بین فلزیِ تشکیل شده بین زیر لایهی فولادی و آلومینیم خارجی، میباشد. لایهی بین فلزی خود شامل فاز غالب و فاز حداقل ، میباشد. فاز غالب در مجاورت زیرلایه فولاد شکل میگیرد و با آن فصل مشترک نامنظم میسازد. این فصل مشترک زبانه ای شکل است. فاز حداقل در همسایگی آلومینیم مذاب تشکیل میشود و با آلومینیم مذاب فصل مشترک نامنظم میسازد. مورفولوژی این فصل مشترک به صورت تیغه های ریزی است که به سمت آلومینیم جهت گیری کردهاند.
مقاله حاضر به بررسی غوطه وری آهن خالص در مذاب آلومینیم خالص و آلیاژی و تاثیر سیلیسیم موجود در حمام مذاب برمورفولوژی و ریزساختار فازهای بوجود آمده و همچنین تغییرات ضخامت لایهی بین فلزی بر حسب زمان میپردازد.در ادامه تاثیرات دما و زمان بر روی ضخامت و مورفولوژی لایهی بین فلزی مورد بررسی قرار گرفته است.
مواد و روش تحقیق
در این تحقیق برای به حداقل رساندن تاثیرات عناصر موجود در زیرلایه، از نمونههای آهنی با اندازهی 70×20×5 میلی متر با ترکیب شیمیایی ارائه شده در جدول 1 استفاده شد. به منظور حذف آلودگیهای سطحی و اکسیدهای سطحی و همچنین کاهش زبری سطح، نمونه ها به کمک ورقهای SiC، تحت سمباده زنی تا سمبادهی 1000قرار گرفتند. برای غوطه وری نمونه ها در حمام مذاب از مفتول فولادی استفاده شد. برای انجام عملیات آلومینایزینگ از حمام مذاب های آلومینیوم خالص وآلومینیوم آلیاژی با ترکیب شیمیایی ارائه شده در جدول 2 استفاده شد. پس از انجام فرآیند غوطه وری، تمامی نمونهها در جهت عمود بر سطح واکنش برش زده شد.
جهت تعیین اندازهی ضخامت لایهی بین فلزی و بررسی مورفولوژی فصل مشترک آن از میکروسکوپ نوری و نرم افزار MIP استفاده گردید، همچنین به منظور بررسیهای دقیق روی نوع فازهای تشکیل شده حین نفوذ، تصاویری توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی - SEM - تهیه گردید.در این راستا آنالیزEDS روی نمونه ها صورت پذیرفت.
جدول .1 ترکیب شیمیایی نمونهی آهنی - بر حسب درصد وزنی -
.1 تشکیل لایهی بین فلزی حین غوطه وری داغ
شکل 1 تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی مقطع یک نمونهی آهن خالص غوطه ور شده در مذاب آلومینیم خالص،در دمای 750 ℃ به مدت 10 دقیقه را نشان میدهد. همانطور که از تصویر مشخص است، لایهی بین فلزی در فصل مشترک آهن و آلومینیم مذاب تشکیل شده است. به منظور شناخت بهتر لایهی بین فلزی از سطح مقطع نمونه، آنالیز نیمه کمی EDS صورت پذیرفت.
