بخشی از مقاله
چکیده
استفاده از پودرهای MCrAlY نانوساختار در پروسههای پاشش حرارتی باعث بهبود مقاومت اکسیداسیون دمای بالای پوشش- های حاصله میشود. از طرفی اندازه و توزیع ذرات پودرهای پاششی به طور مؤثر بر کیفیت پوششها تأثیرگذار است. در این تحقیق پودر تجارتی NiCoCrAlYSi با و بدون ذرات نانوآلومینا تحت عملیات آسیابکاری برودتی در محیط نیتروژن مایع به مدتهای 8، 12 و 16 ساعت قرار گرفت و آنالیز فازی و مورفولوژی این پودرها به ترتیب توسط آزمونهای پراش پرتو X و میکروسکوپ الکترونی روبشی بررسی شد. نتایج آزمونهای پراش پرتوایکس نشان داد که در اثر آسیابکاری برودتی پیکهای مربوط به فاز - غنی از Ni و - Cr و فاز - Ni3$O - پهن شده و پیک - NiAl - حذف میگردد.
مطالعات SEM نشان داد که متوسط اندازه ذرات پودر NiCoCrAlYSi پس از عملیات آسیابکاری برودتی افزایش یافت و آسیابکاری برودتی پودر کروی اولیه منجر به تشکیل ذرات پولکی شکل شد به طوریکه پس از 16 ساعت آسیابکاری برودتی ذرات با اندازههای بسیار بزرگ تشکیل میشوند که نمیتوانند برای پروسهی پاشش حرارتی HVOF مناسب باشند. در مورد آسیابکاری برودتی پودر NiCoCrAlYSi مخلوط شده با ذرات نانوآلومینا، در زمان آسیابکاری برابر، متوسط اندازهی ذرات نسبت به آسیابکاری برودتی پودر NiCoCrAlYSi کاهش یافت و ذراتی با مورفولوژی بسیار نامنظم شکل گرفتند و انجام عملیات آسیابکاری برودتی این پودر فراتر از 12 ساعت، به دلیل تشکیل ذرات با اندازههای بسیار کوچک که برای پروسهی پاشش حرارتی HVOF مناسب نمیباشد، پیشنهاد نمیشود.
.1مقدمه
پرهها1 و سایر اجزای توربینهای گازی، در حین کار در معرض دمای بالا و محیطهای خورنده قرار میگیرند، بنابراین برای محافظت آنها در برابر اکسیداسیون و خوردگی، عموما از پوششها استفاده میشود .[1] پوششهای - M=Ni,Co - MCrAlY عموما در توربینهای گازی پایهی زمینی به عنوان پوششهای روکشی استفاده میشوند تا تجهیزات توربین را در مقابل اکسیداسیون و خوردگی دمای بالا محافظت کنند.[2] فازهای سازندهی پوششهای روکشی MCrAlYعمدتاً شامل فاز - غنی از Ni و - Cr و فاز - Ni3Al - و مقدار خیلی کمی از فاز - NiAl - هستند و مقاومت به خوردگی و اکسیداسیون عالی این پوشش ها توسط شکلگیری پوستههای آلومینای بسیار چسبنده حاصل میشود1]و.[3 این پوسته بایستی درحین کار در دماهای بالا پیوسته بوده و سرعت رشد آن کند باشد.[4]
اکسید آلومینیوم چندین ساختار کریستالی مختلف دارد که شامل -Al2O3 ، -Al2O3 ،-Al2O3 و -Al2O3 است. زمانیکه -Al2O3 شبه پایدار در معرض دمایی فراتر از 900 تا 950°C قرار میگیرد به -Al2O3 پایدار کورندوم2 استحاله مییابد که این استحاله با تغییر حجم همراه است 1]، 4، 5 و .[6 استفاده از پودرهای MCrAlY نانوساختار در هنگام فرآیندهای پاشش حرارتی میتواند پوششهایی با سختی، استحکام و مقاومت به خوردگی بالاتر از نمونههای متداول را فراهم کند .[7] مرسیر3 و همکارانش اشاره کردهاند که طبیعت رشد لایهی اکسیدی آلومینا نه تنها وابسته به شیمی آلیاژ است، بلکه میتوان آن را توسط اندازه دانهی پوشش رسوب یافته نیز تغییر داد.[5] از طرفی تغییر حجمی ناشی از استحالهی فازی -Al2O3 به -Al2O3 باعث
تنش داخلی و در نتیجه ترک خوردن پوسته میشود.
شکلگیری لایهی منحصر به فرد -Al2O3 پایدار ترمودینامیکی و با سرعت رشد کند بستگی زیادی به میکروساختار پوشش MCrAlY اعمال شده دارد. دیده شده است که دو فاز اولیهی موجود در این پوششها -Ni - و - -NiAl میتوانند پوستههای آلومینا را تشکیل دهند اما رفتار اکسیداسیون آنها متفاوت است. در حقیقت اکسیدهای آلومینای شبه پایدار انتقالی ابتدا روی فاز جوانه زنی میکنند، در حالی که -Al2O3 با سرعت رشد آهسته بر روی فاز شکل میگیرد. همچنین میکروساختار حاوی رسوبات کوچک ، میزان آلومینیوم بالا در فاز و ساختار - لایه لایه با فواصل باریک میتواند شکلگیری سریع را تقویت کند .
[6] در سالهای اخیر مطالعات زیادی انجام شده است تا مقاومت به اکسیداسیون پوشش- ارزیابی تأثیر افزودن نانوذرات آلومینا و زمان عملیات آسیابکاری برودتی درمحیط نیتروژن مایع برروی ریخت و رفتار اکسیداسیون پودر NiCoCrAlYSi های MCrAlY با نانوکریستالی کردن پوشش بهبود یابد و بهبود رفتار اکسیداسیون عمدتا به دو فاکتور زیر نسبت داده می شود: اولا، نانوکریستالی بودن، شکل گیری پوستهی -Al2O3 یکنواخت بر روی پوشش را شتاب میدهد و این رفتار تابعی از توزیع آلومینیوم در پوشش رسوب یافته است و اثبات شده است که برای پوششها با اندازه دانه کوچکتر، فاصله نفوذی شبکه کاهش مییابد و همزمان کسر حجمی مرزدانه ها افزایش خواهد یافت. ثانیا در اثر کاهش در اندازه دانه، چسبندگی پوسته اکسیدی -Al2O3 روی پوشش بهبود مییابد .
آمادهسازی پودرهای تغذیه نانوساختار اولین مرحله برای ساخت پوششهای نانوساختار است .[7] روشهای مختلفی برای ایجاد مواد نانوساختار وجود دارد که شامل چگالش گاز خنثی1، آسیابکاری گلولهای2، انجماد سریع3، رسوب الکتریکی4، پراکنش5، کریستالیزه کردن فازهای آمورف6 و پروسههای شیمیایی است 7]، 8و.[9 در این میان آسیابکاری گلولهای تغییر شکل سیکلی سنگینی را در پودرها ایجاد می کند و شامل تکرار جوش خوردن، شکستن و دوباره جوش خوردن ذرات پودر است و امتیازاتی را به دلیل سادگی و کاهش هزینهها دارد. آسیابکاری گلولهای علاوه بر کاهش هزینهها، میتواند مواد نانوکریستال را در میزانهای زیادی تولید کند .[8]
چون فلزات با ساختار کریستالی FCC مثل آلومینیوم، مس و نیکل تمایل بالایی در حین آسیابکاری در دمای محیط، برای جوش خوردن به هم و به سطوح دیگر نظیر جداره مخزن دارند، استفاده از دماهای بسیار پایین مثلا آسیابکاری در محیط نیتروژن مایع - با دمای - -190 °C برای این نوع از مواد پیشنهاد شده است و به آن آسیاب- کاری برودتی7 گفته میشود و پودر حاصل از آن در فرایندهای پاشش حرارتی مورد استفاده قرار گرفته است .
[10] شایان ذکر است که برای حصول جریان پیوسته پودر پاششی در سیستم پاشش پودر در فرایند پاشش حرارتی HVOF، نیاز به اندازه ذرات پودر در رنج 10-50ʽm میباشد، زیرا اندازه ذرات پودر به طور مشخص بر دما و سرعت ذرات در حین پرت شدن آنها به سوی زیرلایه اثر میگذارد و خواص پوشش را تحت تأثیر قرار میدهد. بنابراین اندازه ذرات یکی از پارامترهای مهم برای پروسههای پاشش حرارتی میباشد [7] و با افزایش قطر ذرات، هم دمای ذرات و هم سرعت آنها ابتدا افزایش و سپس کاهش مییابد .[11]
