بخشی از مقاله
چکیده
برای دستیابی به اتصال سالم در جوشکاری غیر همجنس فولاد به تیتانیوم نیاز به قرار دادن لایه واسط درز اتصال است. یکی از لایه واسطهای مناسب برای جلوگیری از ایجاد ترکیبات ترد نیکل خالص می باشد. روش رسوب دهی جرقه الکتریکی - Electro Spark Deposition - یک فرایند میکروجوشکاری است، که مواد روی سطح فلزات توسط جرقه الکتریکی رسوب داده می شوند، می تواند برای ایجاد لایه واسط مناسب باشد. هدف اصلی در این تحقیق بررسی قابلیت های فرایند ESD برای ایجاد لایه واسط در جوشکاری غیرهمجنس و بررسی تاثیر پارامترهای این فرایند بر ضخامت، یکنواختی، ریزساختار و سختی لایه ایجاد شده می باشد.
بدین منظور لبه اتصال ورق فولاد 410 با استفاده از الکترود نیکل خالص و فرایند ESD پوشش دهی شده و توسط میکروسکوپ نوری و SEM مورد بررسی قرار گرفتند. بهترین پوشش با استفاده از ولتاژ 175 v، سیکل وظیفه 1% و فرکانس 1000 Hz، بدست آمد. نتایج آنالیز EDS نشان می دهد که در مرز اتصال ترکیب شیمیایی پوشش ترکیبی از ترکیب زیرلایه و الکترود است. بررسی های ریزساختاری نشان داد که ساختار پوشش به نسبت ریزدانه می باشد. با توجه به آزمایشات ربزسختی سنجی، بیشترین میزان سختی پوشش مربوط به منطقه گذرا بوده که در آن زیرلایه با پوشش مخلوط شده، است.
واژههای کلیدی: فرایند ESD، فولاد زنگ نزن AISI 410، الکترود Nickel 201
مقدمه
روش پوشش دهی جرقه الکتریکی - 1ESD - یک فرایند میکروجوشکاری است، که مواد روی سطح فلزات توسط جرقه الکتریکی رسوب داده می شوند. در این روش لایه پوشش، ترکیبی از الکترود مصرفی، زیر لایه و اتمسفر موجود است. برای لایه گذاری باید تخلیه الکتریکی بین الکترود و زیر لایه انجام شود. به عبارتی گاز میان الکترود و زیرلایه باید به یون های مثبت و الکترون تجزیه شود، تا بتواند جریان الکتریکی را از خود عبور دهد. این تخلیه الکتریکی، انرژی زیادی آزاد کرده که باعث کنده شدن ذرات از سطح آند - الکترود - و برخورد شدید با سطح کاتد - زیرلایه - می شود. بدین صورت پوشش بر روی زیرلایه ایجاد می شود. طرح واره فرایند ESD در شکل 1 مشاهده می شود .[2-1]
روش ESD یک فرایند پالسی با فرکانس مشخص است که در هر پالس با ایجاد جرقه بین الکترود و زیرلایه مقداری از مواد الکترود به روی زیرلایه منتقل می شود. بعلت پهنای زمانی بسیار کوچک در هر پالس و کم بودن مقدار ماده منتقل شده، سرعت سرد شدن در این فرایند بسیار بالا و در حد 105- 106 C/s است. این سرعت سرد شدن بسیار بالا چندین تاثیر مختلف بر ریزساختار فلز رسوب دهی شده، می گذارد .[9] اولین تاثیر سرعت سرد شدن بسیار بالا در ESD، ایجاد فازهای نانوساختار و آمورف باشد؛ که این نوع ساختارها دارای مزایای متعددی می باشند. تحقیقی که توسط آقای [9] Heard انجام شد، از روش ESD برای ایجاد پوشش های Al-Ni بر روی زیرلایه آلومینیومی استفاده شد.
بررسی های ریزساختاری نشان داد که پوشش ایجاد شده حاوی فازهای آلومینیومی و Al3Ni، نانوساختار است. عدم ایجاد جدایش در ساختار منجمد شده، تاثیر دیگر سرعت سرد شدن بسیار بالا در ESD است. زیرا بالا بودن سرعت انجماد باعث می شود که مفهوم تعادل نقطه دیگر صدق نکند و در واقع جدایش در حین انجماد که باعث ناپایداری و ایجاد ساختار سلولی و دندریتی، می شود، وجود ندارد. در این حالت انجماد شبیه فلزات خالص انجام شده و اندازه ساختار انجمادی به کشش سطحی بستگی خواهد داشت. در نتیجه در این نوع انجماد ترک خوردگی در اثر جدایش ناخالصی ها در فضای بین سلولی یا دندریتی، اتفاق نمی افتد .[9]
برای دستیابی به اتصال سالم در جوشکاری غیر همجنس فولاد به تیتانیوم بدلیل تشکیل فازهای بین فلزی ترد نیاز به قرار دادن لایه واسط درز اتصال است. یکی از لایه واسط های مناسب برای جلوگیری از ایجاد ترکیبات ترد در جوشکاری غیر همجنس فولاد به تیتانیوم نیکل خالص می باشد. علاوه بر روش هایی که تا حال برای ایجاد لایه واسط در جوشکاری غیر همجنس استفاده شده است، روش ESD بدلیل مزایا و قابلیت های متعددی که دارد، می تواند گزینه مناسبی برای ایجاد لایه واسط در اتصالات غیر همجنس باشد. هدف این تحقیق بررسی امکان بکارگیری روش ESD برای ایجاد لایه واسط مناسب می باشد.
روش ESD تاکنون بیشتر جزو روشهای پوشش دهی مطرح شده است. در تحقیقات منتشر شده تا حال از این روش برای ایجاد لایه واسط استفاده نشده است .[3-5]در این تحقیق سعی می شود که لایه نیکل خالص توسط ESD بر روی لبه ورق فولاد 410 نشانده شده و سپس تاثیر پارامترهای فرایند ESD - ولتاژ، سیکل وظیفه و فرکانس - بر نرخ رسوب دهی، ضخامت و زبری پوشش و کسر حجمی حفرات، مورد بررسی قرار گیرد. هدف اصلی در این تحقیق لایه نشانی پوشش نیکل خالص بصورت یکنواخت و با ضخامت مناسب بر روی فولاد 410، که می تواند در مراحل بعدی این پروژه نقش لایه واسط را در جوش غیر همجنس تیتانیوم به فولاد ایفا کند، می باشد.
روش پژوهش
در این پژوهش با استفاده از فرایند ESD لایه واسط نیکلی بروی فولاد زنگ نزن 410 قرار داده شد - شکل . - 2 برای نمونه سازی ابتدا ورق فولاد 410 به ضخامت 1 mm تهیه شده و سپس توسط برشکاری با وایرکات نمونه هایی به ابعاد mm تهیه شدند. همچنین از الکترود Nickel 201 که نیکل خالص تجاری می باشد، برای لایه نشانی استفاده شد. در جدول 1 ترکیب شیمیایی زیر لایه و الکترود نشان داده شده است.بعلت کوچک بودن سطح لبه های ورق فلزپایه، پوشش ESD بصورت یکنواخت بر روی لبه ایجاد نمی شود. برای رفع این مشکل ورق فلزپایه بین دو ورق با ضخامت بیشتر قرار می گیرد - شکل . - 3 با اینکار همزمان سطح ورق فلزپایه و دو ورق قید و بند همزمان پوشش دهی شده و بعد از پوشش دهی از هم جدا می شوند.
