بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق، با استفاده از فرایند الکترولس، یک روکش فلزی از جنس نیکل روی پودر WC-Co اعمال شد. سپس، عملیات روکشکاری لیزری با استفاده از پودر WC-Co پوشیده شده با نیکل - Ni/WC-Co - و پودر WC-Co روی فولاد 321 انجام و ریزساختار و سختی دو پوشش با یکدیگر مقایسه شد. خصوصیات فازی و ساختاری دو پوشش با کمک میکروسکپ الکترونی روبشی و پراشسنج پرتو ایکس تجزیه و تحلیل شدند. همچنین، ارزیابیهای مکانیکی همچون ریزسختیسنجی روی پوششها انجام گرفت. نتایج حاصل بعد از روکشکاری نشان داد که استفاده از لایه نیکل روی ذرات WC-Co مفید بوده و میزان تخلخل روکش را کاهش میدهد. همچنین استفاده از لایه نیکل روی ذرات به میزان زیادی از کربنزدایی و اکسید شدن پودر و تشکیل فازهای مخرب ، W2C در حین روکشکاری جلوگیری میکند. همچنین، مقایسه نتایج سختی نشان داد که سختی نمونه - WC-Co حدود 1750ویکرز - به خصوص در ناحیه بالایی پوشش اندکی بیشتر از نمونه Ni/WC-Co - حدود 1650 ویکرز - است؛
بااینحال میزان پراکندگی داده های ریز سختی در نمونه بیشتر بود.
واژههای کلیدی: روکشکاری لیزری، الکترولس نیکل، کاربید تنگستن-کبالت، ریزساختار، ریزسختی.
-1 مقدمه
کاربید تنگستن -کبالت دارای خواص مطلوبی شامل نقطه ذوب بالا، مقاوم به سایش ، مقاوم به خوردگی، سختی و چقرمگی عالی میباشد1]و.[2 فلزاتی مانند کبالتو نیکل سازگاری نسبتاً خوبی با کاربیدتنگستن دارند و باعث می-شوند پیوند قوی بین آنها برقرار گردد. کبالت، نیکل و آهن نقش اتصالدهنده انعطافپذیر را برای ذرات کاربیدی سخت ایفا میکند و همانند لثه برای دندان عمل مینماید.[6-2] روشهای مختلفی برای اصلاح سطح با استفاده از پوششهای WC-Co استفاده میشوند، که از رایجترین این روشها میتوان به پاشش حرارتی و روکشکاری لیزری اشاره کرد. پوششهای پاشش حرارتی WC-Co به طور معمول دارای ترکها، تخلخلها هستند و چسبندگی پوشش به زیرلایه به صورت مکانیکی است، که این موضوع عملکرد پوشش ها را در زمینه ی مقاومت سایشی و پایداری مکانیکی دچار اختلال میکند.
از بین رفتن WC با کربن زدایی و انحلال در چسب فلزی منجر به تشکیل فازهای میانی نظیر WC1-X، Co6W6C، Co3W3C، W2C و غیره میشود. از بین رفتن مقاومت سایش یکی دیگر از نگرانیهایی است که در استفاده از روش پاشش حرارتی وجود دارد.[9-6] اما با استفاده از روش پوشش دهی لیزری میتوان پوشش های متراکم و ضخیم با چسبندگی قوی با زیرلایه ایجاد کرد که منجر به مقاومت سایشی عالی در مقایسه با روش پوشش دهی با پاشش حرارتی می-شود.[10] مانند اکثر تکنیکهای پاشش حرارتی نظیر پاشش پلاسمایی، HVOF و فرایندهایی که بر اساس تفنگ انفجاری است، پوشش لیزری نیز میتواند منجر به انحلال WC و ایجاد فازهای ترد دیگر شود که این موضوع بستگی به پارامترهای اساسی لیزر، اندازهی دانه، توزیع حجمی و غیره دارد. بنابراین پارامترهای فرایند باید به دقت کنترل شوند تا انحلال کاربید به کمترین میزان خود برسد.
نگرانیهایی که در مورد پوشش دهی لیزری WC گزارش شده است شامل توزیع ذرات WC، ترک، تخلخل و غیره است4] ، 5 و.[16-10هدف از این پژوهش، بهبود پایداری حرارتی و کاهش تخلخل و دکربوراسیون پوششهای WC-Co با روش روکشکاری لیزری است. در این پژوهش روکش تک پاس لیزری با استفاده از پارامتر بهینه شده [17] انجام شد و ریزساختار و سختی پوششهای تک پاس مورد بررسی قرار گرفت.
-1 مواد و روش تحقیق
در این پژوهش، از پودر تجاری کاربید تنگستن- کبالت تجاری با ترکیب شیمیایی WC-12%Co و مورفولوژی کروی و اندازه دانه 15 تا 45 میکرومتر بهعنوان مادهی پاشششونده1 استفاده شد. یک ورق فولادی AISI 321 با ابعاد 20×20×10 سانتی متر به عنوان زیرلایه جهت انجام فرآیند روکشکاری لیزری استفاده شد. به منظور ایجاد پوشش نیکل اطراف پودرهای تجاری تنگستن-کبالت از فرایند الکترولس نیکل-فسفر استفاده گردید؛ برای این منظور از محلول نیکل-فسفر استاندارد اشلوتر2 با سه جزء با اسامی تجاری اسلوتونیپ71 3، 72 و 76 مورد استفاده قرار گرفت. با توجه به دستور العمل استفاده از این محلول الکترولس، شرایط بهینه فرایند در جدول 1 آورده شده است. در این پروژه پودر کاربید تنگستن- کبالت با پوشش نیکل به اختصار Ni/WC-Co نامیده میشود.
از دستگاه لیزر Nd:YAG پالسی مدل IQL20 با توان اسمی 700W استفاده میشود. پالسهای خروجی این لیزر به صورت استاندارد، شکل مربعی دارند. اندازه اثر پرتو لیزر با توجه به نازل لیزر استفاده شده اندازهگیری میشود که در تمامی نمونهها ثابت و دارای قطر حدود 2 میلیمتر است. با توجه به طراحی نازل پودر، زاویه پودر با پرتو لیزر در تمام نمونهها حدود 30 درجه است. از گاز آرگون به عنوان گاز محافظ و گاز حامل پودر به ترتیب با سرعت جریان 20 و 15 لیتر بر دقیقه استفاده شد. فرایند روکشکاری لیزری با استفاده از پارامتر بهینه با توان 250 وات، سرعت روبش 3 mm/s و نرخ پاشش پودر 300 mg/s انجام گردید.[17]
به منظور بررسی فازهای تشکیلشده در فرایند روکشکاری لیزری از دستگاه پراش پرتو ایکس مدل D8 ساخت شرکت بروکر4 آلمان، استفاده شد. در کلیه آزمایشها از پرتو تک موج Cuk طولموج 1/542 $ استفاده شد. ولتاژ مورد استفاده در دستگاه 40 kV و جریان اعمالی 30 mA میباشد. نرخ روبش 1 ثانیه، اندازه گام5 روبش 0/05 درجه و محدوده روبش 20 تا 90 درجه انتخاب شد. جهت انجام آنالیز فازی، الگوهای پراش پرتوی ایکس بدست آمده با استفاده از نرمافزار PANalytical X'Pert HighScore مورد ارزیابی قرارگرفتند. برای تعیین کسر وزنی فازهای موجود از روش ریتولد و نرم افزار MAUD استفاده شد. به منظور بررسیهای مشخصات فازی و ریزساختاری نمونههای روکشکاریشده تکپاس، با استفاده از دستگاه برشسیم، نمونههای تکپاس به صورت مقطع عرضی برشکاری شد. سطح مقطع نمونههای روکشکاری تا سنباده 3000 مسطح و سپس با خمیر الماس 6 و 1ʽm و پودر آلومینای 40nm پولیش شدند . بررسیها روی نمونهها با استفاده از میکروسکپ الکترونی روبشی تابش میدان6 مدلMIRA3 ساخت شرکت تسکن7 انجام شد. با استفاده از آنالیزگر طیفسنج انرژی پرتو ایکس1
