بخشی از مقاله
چکیده
کاربرد پوشش WC-10Co-4Cr ایجاد شده توسط روش پاشش حرارتی با سوخت اکسیژن در سرعت بالا، HVOF، به دلیل مقاومت سایشی و خوردگی بالا، به میزان قابل توجهای توسعه یافته است. تنشهای پسماند ایجاد شده در طی فرایند پوششدهی بر مقاومت سایشی و چسبندگی پوشش به زیرلایه مؤثر میباشند. در این مطالعه، تنش پسماند پوشش توسط تکنیک پراش اشعه ایکس - XRD - به روش sin2 تعیین گردید. در اندازهگیری تجربی، فرایند برداشت شیمیایی ماده بهمنظور تعیین تنش در راستای ضخامت پوشش بهکار برده شد. نتایج نشان داد که پس از فرایند پاشش حرارتی، تنش پسماند در سطح پوشش WC-10Co-4Cr فشاری بوده و سپس با افزایش عمق از سطح آزاد، مقدار تنش فشاری افزایش یافته و در نزدیکی فصل اشتراک پوشش-زیرلایه، بیشترین مقدار تنش پسماند فشاری بدست میآید.
مقدمه
پوششهای پاشش حرارتی بر مبنای کاربید تنگستن بهعنوان پوششهایی مقاوم در برابر فرایندهای فرسایشی نظیر سایش و خوردگی به کار برده میشوند .[1] فرایند پاشش حرارتی سرعت بالا با سوخت اکسیژن، HVOF1، یکی از مهمترین فرایندهای ایجاد پوششهای کاربیدی میباشد. در پوششهای کاربیدی حاصل از فرایند HVOF ، به دلیل سرعت بالای ذرات در طی رسوب، مزایای مختلفی از جمله تخلخل کم، استحکام باند و سختی بالا ایجاد میگردد
پوشش WC-10Co-4Cr ایجاد شده به روش پاشش حرارتی HVOF، یکی از پرکاربردترین پوششهای کاربیدی است. افزودن Cr به WC-Co، موجب کاهش تجزیه WC و تشکیل تنگستن فلزی میشود. همچنین با افزایش چسبندگی ماتریس فلزی به دانههای WC، مقاومت سایشی پوشش بهبود مییابد 4] و .[5 این پوشش به عنوان جایگزینی برای کرومکاری در کاربردهای سایش و خوردگی، به واسطه حفاظت محیط زیست مورد توجه میباشد
یکی از مهمترین پارامترهای مؤثر بر خواص کاربردی پوششهای حاصل از پاشش حرارتی، تنش پسماند است. تنش پسماند تأثیر قابل توجهای بر عملکرد، پایداری ابعادی، استحکام خستگی و مقاومت سایشی قطعه دارد
تنشهای پسماند در پوششهای پاشش حرارتی فشاری و یا کششی میباشند. تنشهای پسماند فشاری با ممانعت از احتمال بروز و گسترش ترک، عمر کاری قطعهکار را افزایش داده و دارای اثر مثبت بر پیوستگی پوشش و رفتار خستگی سیستم میباشند. تنشهای پسماند کششی موجب ایجاد ترک و کاهش عمر خستگی میشوند
تنشهای پسماند ایجاد شده در پوششهای پاشش حرارتی توسط چندین محقق مورد بررسی قرار گرفته است
این مطالعات نشان داده است که در پوششهای حاصل از فرایند پاشش حرارتی HVOF ، تنش پسماند نهایی از ترکیب سه نوع تنش شامل تنش کوبشی2، تنش سرمایش3 و تنش عدم تطابق ضرایب انبساط حرارتی 4 حاصل می-شود. تنش کوبشی، تنش مکانیکی ناشی از برخورد قطرات ماده پوشش با سرعت بالا به زیرلایه و لایههای قبلی پوشش بوده که از نوع تنش فشاری میباشد . در بازهی زمانی برخورد ذره با دمای بالا به زیرلایه در دمای اتاق، انقباض حرارتی لایهی جدید توسط زیرلایه یا لایه قبلی پوشش محدود میگردد.
در نتیجه تنش پسماند کششی سرمایش در لایهی جدید ایجاد میشود. پس از اتمام رسوب پوشش، سرد شدن مجدد پوشش و زیرلایه برای رسیدن به دمای محیط اتفاق میافتد. در حین این کاهش دما، به دلیل تفاوت بین ضرایب انبساط حرارتی پوشش و زیرلایه، تنش ناشی از عدم تطابق ضرایب انبساط حرارتی به پوشش تحمیل میشود . تنش ناشی از عدم مطابقت حرارتی میتواند کششی یا فشاری باشد و با میزان اختلاف دو ضریب انبساط حرارتی پوشش و زیرلایه تعیین می-گردد.
نتایج مطالعات قبلی نشان دادهاست که تنش پسماند ایجاد شده در هر پوشش، به میزان قابل توجهی به پارامترهای فرایند پوششدهی، آمادهسازی سطح زیرلایه و نوع ماده پوشش وابسته است. بنابراین لزوم تعیین تنش پسماند برای شرایط مشخص هر مطالعه مطرح میگردد. علاوه بر این، مطالعات قبلی مربوط به اندازهگیری تجربی تنش پسماند در پوشش و روشهای پوششدهی متفاوت، تنها محدود به اندازهگیری تنش پسماند سطحی10] ، 11، 15، 16 و [17 و یا میانگین توزیع تنش پسماند در راستای ضخامت پوشش [13] میباشند. در مطالعه تنش پسماند در راستای ضخامت پوشش [14] نیز از روش مکانیکی لایهبرداری پوشش بدون اعمال روش تصحیح تنش، استفاده شدهاست که نتایج دقیقی ارائه نشده است.
در این مقاله به اندازهگیری تجربی تنش پسماند در نقاط مشخصی از راستای ضخامت پوشش WC-10Co-4Cr ایجاد شده به روش HVOF ، توسط برداشت شیمیایی لایه و اعمال روش تصحیح تنش، پرداخته شدهاست.
مواد و روش تحقیق
ساخت نمونههای آزمایشگاهی
در این پژوهش، نمونههای آزمایشگاهی از جنس فولاد کمکربن AISI 1010 با ابعاد 20×20×4 mm3 به عنوان زیرلایه در نظر گرفته شد. به منظور افزایش چسبندگی پوشش به زیرلایه، سطح نمونهها توسط ذرات SiC با اندازه مش 24، ماسهپاشی شدند. پودر - WC-10Co-4Cr - WOKA 3652 به عنوان پودر پوشش با اندازه ذرات 15 تا 45 میکرومتر و شکل کروی به کار گرفته شد.
پوششدهی توسط دستگاه HVOF با نام تجاری METJET-III انجام گرفت. پارامترهای مورد استفاده در پاشش حرارتی HVOF پودر WC-10Co-4Cr، در جدول 1 نشان داده شدهاست. پوششی به ضخامت 400 میکرومتر بر روی سطح 20×20mm2 نمونهها اعمال شد.
