بخشی از مقاله
چکیده
اثرات پارامترهای اصلی پوشش دهی اعم از تغییر در نرخ تغذیه پودر پوشش دهی و فاصله پاششی در حین پوشش بر میزان سختی، چقرمگی شکست و ریز ساختار پوشش، WC -10Co-4Cr که بر فولاد زنگ نزن حاوی 13 درصد کروم پاشش شده است به روش HVOF مورد بررسی قرار گرفته است. چقرمگی شکست و سختی در پارامترهای ذکر شده در این پوشش در سطح مقطع نمونه ها به کمک دستگاه فرورونده ویکرز مورد بررسی قرار گرفت.
ریزساختار و ترکیبات شیمیایی مختلف ایجاد شده در پوشش به کمک SEM و XRD مورد تحقیق قرار گرفت.
همچنین از Image analyzer برای بررسی مقدار، توزیع و مورفولوژی تخلخل های ایجاد شده در این پوشش کمک گرفته شد.
با افزایش نرخ تغذیه پودر و افزایش فاصله پاششی با افزایش حضور تخلخل و ایجاد ناهمگنی در لایه های پوششی روبرو می باشیم. دکربوره شدن فاز WC در حین پوشش دهی سبب ایجاد فازهای ترد و نامطلوب می شود، که مهمترین آن W2C می باشد. شدت حضور فازهای مختلف با تغییر پارامترهای پوشش دهی تغییر چندانی نمی کند.
سختی لایه های پوشش ایجاد شده با افزایش نرخ تغذیه و فاصله پاششی کاهش می یابند ولی برای چقرمگی شکست پوشش ها نمی توان رابطه مستقیمی را ارائه نمود. قابل ذکر است که تغییر نرخ تغذیه بر ساختار پوشش ها و خواص مکانیکی نسبت به تغییر فاصله پاششی تاثیر بیشتری دارد.
- 1 مقدمه
فرایند پوشش دهی با HVOF برای نشاندن پوشش های مقاوم به سایشی چون WC/Co بسیار مناسب هستند. به دلیل آنکه دمای شعله در HVOF پایین تر از جت پلاسما بوده و لذا فرایندهای دکربوره شدن در این پوشش ها کمتر رخ می دهد - . - 4 همچنین هنگامی که در این پوشش از عنصر کروم استفاده گردد، شاهد افزایش خواص مکانیکی و خواص تریبولوژیکی به همراه افزایش چشم گیر خواص مقاوم به خوردگی خواهیم بود
یکی از خصوصیات پوشش های ایجاد شده به کمک فرایند HVOF ، حساسیت این پوشش ها به پارامترهای انتخاب شده برای فرایند پوششی می باشد. به منظور بررسی عوامل و پارامترهای مختلف بر خواص پوشش های WC-Co-Cr ایجاد شده با HVOF تحقیقات متعدد صورت پذیرفته است - . - 10 , 5 در این مقاله سعی شده است تا با تغییر پارامترهای اساسی در حین پوشش دهی HVOF ، اعم از تغییر در فاصله پاششی و تغییر در نرخ تغذیه پودر به بررسی ریز ساختاری، خواص مکانیکی و فازهای تشکیل شده پرداخته شود.
-2 مواد و روش ها
زیرلایه مورد استفاده برای فرایند پوششدهی X22CrMoV12-1 میباشد. نمونهها به کمک ذرات اکسید آلومینا تحت فرایندزبرسازی سطحی قرار گرفتند. پودر مورد استفاده برای فرایند پوششدهی WC-10Co-4Cr بوده است. این پودر کروی بود. در پوششدهی به وسیله HVOF، کنترل پارامترها و عوامل تاثیرگذار بر پوشش به دقت مورد کنترل قرار گرفت. تغییر فاصله پاششی و تغییر نرخ تغذیه به عنوان پارامتر متغیر انتخاب گردید. جدول 1 پارامترهای انتخابی در فرایند پوششدهی را نشان میدهد.
جدول -1 پارامترهای استفاده شده در فرایند پوششدهی
ریزساختار پوشش ها به کمک میکروسکوپ نوری، MEIJI-ML7100 و میکروسکوپ الکترونی روبشی - SEM - ، VEGAII-TESCAN، مورد ارزیابی قرار گرفت. فاز موجود در لایه های پوششی به کمک تفرق نگاری پرتو X، دستگاه Philips، با اشعه &X. و در محدوده 2، o4 تا o120، شناسایی شدند. تخلخل لایه های پوششی به کمک Image analyzer تعیین گردید.
سختی لایه های پوششی به کمک آزمون مرسوم ریز سختی سنجی ویکرز در بار اعمالی grf 300 و میانگین حداقل 6 اثر بر سطح مقطع پوشش، اندازه گیری شد. در این پژوهش از مدل ترک هالف پنی1 ، برای اندازه گیری چقرمگی شکست لایه های پوششی WC -10Co-4Cr استفاده گردید. رابطه مورد استفاده در این پژوهش، از رابطه ایوانز- 2 ویلشاو - 3 - 3 و به صورت زیر می باشد:
در این رابطه P، نیروی اعمالی توسط فرورونده، a و c به ترتیب طول اثر ایجاد شده و طول ترک ایجاد شده می باشد. نیروی اعمال شده - P - در این پژوهش Kgf 3 می باشد. شکل1، شماتیکی از پارامترهای مورد استفاده در این رابطه را نشان می دهد.
شکل-1 شماتیک ترک هالف پنی برای اندازه گیری چقرمگی شکست.
-3نتایج و بحث
-1-3 ریز ساختار لایه های پوشش
شکل 2 الف، تصویر SEM از سطح مقطع پوشش C را نشان می دهد. در این تصویر توزیع مناسب ذرات تنگستن کارباید در زمینه شامل Co و Cr به خوبی نمایان است. به کمک این تصویر مشخص است که دانههای WC در کل زمینه توزیع شدهاند. دلیل توزیع مناسب این ذرات می تواند سرعت بسیار بالا، به سبب نرخ تغذیه پایین ذرات پاشش شده باشند.
شکل -2 تصویر SEM از پوشش C و .E الف - تصویر SEM از سطح مقطع پوشش C، توزیع بسیار مناسب دانههای WC و حضور تخلخلهای بسیار ریز قابل مشاهده است. ب - عکس SEM، از سطح مقطع پوشش .E منطقه 1، نوع خاصی از تخلخل را نشان می دهد. مناطق 2،3 و 4 توزیع دانههای WC را نشان میدهد.
با افزایش نرخ تغذیه و افزایش فاصله پاششی، ناهمگنی در ساختار افزایش مییابد. افزایش نرخ تغذیه میتواند سبب کاهش قابل مﻻحظهی سرعت ذرات در رسیدن به مقصد شود و افزایش مقدار تخلخل در پوشش را ایجاد نماید - - 11، همچنین افزایش این پارامترها سبب می شود که در بخشهایی از پوشش دانههای WC در کنار یکدیگر جمع شوند و در گوشه ای دیگر زمینه از حضور دانههای WC خالی شود، این موضوع سبب توزیع غیر همگن دانههای WC میشود و در برخی ازقسمتها فاصلهی دانههای WC از یکدیگر بیشتر است. شکل 2ب، تصویر SEM از سطح مقطع پوشش E را نشان می دهد. در ناحیه 1 این پوشش که به کمک دایره سفید رنگ نشان داده شده است، حضور پررنگ تخلخل ها قابل مشاهده است.
شکل منحصر به فرد این تخلخلها، نشان دهنده آن است که در حین پاشش ذره، به سبب بالا بودن نرخ تغذیه پودر، مقدار قابل توجهی گاز در ذرات مذاب محبوس شده است و این تخلخل را ایجاد نموده است. ناحیه 2 و 3 در شکل، نشان دهنده فاصله بسیار زیاد دانههای WC از یکدیگر و خالی بودن زمینه از WC میباشد. ناحیه 4، منطقهی با تراکم بالای دانههای WC را نشان میدهد.
افزایش فاصله پاشش نیز با کاهش دمای ذرات پاششی همراه است و همچنین سبب میشود تا مدت زمان رسیدن ذرات به زیرلایه افزایش یابد. این عوامل نیز سبب افزایش تخلخل و ایجاد ناهمگنی در ساختار می شود - . - 3 تخلخل پوششهای این پژوهش در محدوده 1/1 تا %3/3 می باشد. شکل 3، نمودار تخلخل پوششها را نشان می دهد. با افزایش نرخ تغذیه و فاصله پاششی، کاهش دمای ذرات در حین رسیدن به مقصد و کاهش سرعت ذرات را خواهیم داشت. این عوامل، پهن شدگی کامل اسپلتها را محدود می کنند و آنها را از حالتهای صفحهای کامل دور می کنند
شکل -3 نمودار تخلخل در پوششهای مختلف
-2-3 فازهای تشکیل شده در لایه های پوششی شکل 4 الف و ب، نمودار های تفرق ایکس، پوشش هایی که به ترتیب فاصله پوشش دهی و نرخ تغذیه در آنها تغییر نموده است را نشان می دهد. همانطور که دیده می شود WC که بیشترین شدت پیک فازی در سه پوشش می باشد
