بررسی تأثیر دما و زمان فرآیند گداخت بر ریزساختار و عملکرد سایشی پوشش‌های NiCrBSi پاشش پلاسمایی

محورهای موضوعی : خوردگی و حفاظت مواد

محمد حاجی لو ¹ (مجتمع دانشگاهی مواد و فناوریهای ساخت، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران)
ضیاء والفی ² (مجتمع دانشگاهی مواد و فناوری های ساخت، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران)

تاریخ دریافت : 1397/02/17 تاریخ پذیرش : 1398/05/15 تاریخ انتشار : 1398/06/01

کلید واژه: تخلخل, پاشش پلاسمایی, سایش, فرآیند گداخت, پوشش‌های خودگداز NiCrBSi,

چکیده مقاله :

در این پژوهش، پوشش‌های خودگداز NiCrBSi به روش پاشش پلاسمایی ایجاد شدند. تأثیر هم‌زمان دما و زمان عملیات حرارتی گداخت بر ریزساختار، زبری سطح، ریزسختی و همچنین عملکرد سایشی این پوشش‌ها ارزیابی شد. فرآیند گداخت در دماهای 1000، 1050 و ˚C1100 و به مدت 5، 15 و 25 دقیقه انجام شد. برای بررسی ریزساختار و مورفولوژی پوشش‌ها، تعیین ترکیب فازی آن‌ها و نیز مشاهده‌ی رد سایش از میکروسکوپ نوری، میکروسکوپ الکترونی روبشی و آنالیز پراش‌سنجی پرتوی ایکس استفاده شد. عملکرد سایشی پوشش‌های گداخت‌شده توسط آزمون پین روی دیسک مطالعه شد. با توجه به نتایج این پژوهش، فرآیند گداخت باعث کاهش ضخامت، تخلخل و زبری سطح پوشش، حذف مرز بین اسپلت‌ها، افزایش ریزسختی، ایجاد یک پیوند متالورژیکی بین پوشش و زیرلایه و تشکیل رسوبات سخت کاربیدی و بورایدی (Cr7C3 و CrB) شد. همچنین تجاوز از پارامترهای بهینه‌ی فرآیند گداخت باعث ایجاد پدیده‌ی گداخت بیش از حد و در نتیجه افت خواص پوشش شد. مشخص شد که دمای ˚C1000 و زمان پنج دقیقه، پارامترهای بهینه‌ی گداخت در این تحقیق هستند؛ زیرا کمترین تخلخل، بیشترین ریزسختی و نیز بهترین عملکرد سایشی در نمونه‌ی گداخت‌شده در در این پارامترها به-دست آمد. مکانیسم سایشی غالب در این نمونه سایش خراشان بود.

چکیده انگلیسی:

In this work, self-fluxing NiCrBSi coatings were deposited by plasma spraying. Simultaneous effect of temperature and time of the fusing heat treatment on microstructure, surface roughness and microhardness as well as wear performance of these coatings was evaluated. Fusing process was carried out at 1000, 1050 and 1100˚C for 5, 15 and 25 min. The morphologies and microstructures of the coatings as well as the wear tracks were characterized using optical microscope and scanning electron microscope. X-Ray Diffraction was applied to determine the phase composition of coatings. Wear performance of the fused coatings was investigated by Pin-On-Disk test. In consequence of the fusing process, the thickness, porosity and surface roughness decreased, the splat boundaries were eliminated, the microhardness increased, a metallurgical bond was created between the coating and the substrate, and hard carbide and boride precipitates (CrB and Cr7C3) were formed. Exceeding the optimum parameters of the fusing caused over-fusing phenomenon and thereby, degradation of coating properties. It was found that the temperature of 1000˚C and the time of 5 min are the optimum conditions of fusing process in this study, as the lowest porosity, the highest microhardness as well as the best wear performance were obtained in coating fused at these parameters. Dominant wear mechanism in this sample was abrasive wear.

منابع و مأخذ:

[1]     G. Straffelini, Friction and wear: methodologies for design and control: Springer, 2015.

 

[2]     G. Stachowiak & A. W. Batchelor, Engineering tribology: Butterworth-Heinemann, 2013.

 

[3]     P. Niranatlumpong & H. Koiprasert, “The effect of Mo content in plasma-sprayed Mo-NiCrBSi coating on the tribological behaviorˮ, Surface and Coatings Technology, Vol. 205, pp. 483-489, 2010.

 

[4]     T. Sidhu, S. Prakash & R. Agrawal, “Characterisations of HVOF sprayed NiCrBSi coatings on Ni-and Fe-based superalloys and evaluation of cyclic oxidation behaviour of some Ni-based superalloys in molten salt environmentˮ, Thin Solid Films, Vol. 515, pp. 95-105, 2006.

 

[5]       ک. طاهرخانی، خ. محمدی و ح. تارقلی زاده، "بررسی خواص سطحی و سایشی پوشش نیتریدی ایجادشده بر روی فولاد ابزار گرم کار H11 در روش نیتروژن دهی پلاسمایی پالسی"، فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، دوره 10، شماره 3، صفحه 23-36، پاییز 1395.

 

[6]     A. S. Praveen, J. Sarangan, S. Suresh & J. S. Subramanian, “Erosion wear behaviour of plasma sprayed NiCrSiB/Al₂O₃ composite coatingˮ, International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, Vol. 52, pp. 209-218, 2015.

 

[7]     Z. Zhang, H. Wang, B. Xu & G. Zhang, “Characterization of microstructure and rolling contact fatigue performance of NiCrBSi/WC–Ni composite coatings prepared by plasma sprayingˮ, Surface and Coatings Technology, Vol. 261, pp. 60-68, 2015.

 

[8]     D. Chaliampalias, G. Vourlias, E. Pavlidou, S. Skolianos, K. Chrissafis & G. Stergioudis, “Comparative examination of the microstructure and high temperature oxidation performance of NiCrBSi flame sprayed and pack cementation coatingsˮ, Applied Surface Science, Vol. 255, pp. 3605-3612, 2009.

 

[9]     A. H. Battez, J. Viesca, R. González, D. Blanco, E. Asedegbega & A. Osorio, “Friction reduction properties of a CuO nanolubricant used as lubricant for a NiCrBSi coatingˮ, Wear, Vol. 268, pp. 325-328, 2010.

 

[10] S. Liu, X. Zheng & G. Geng, “Dry sliding wear behavior and corrosion resistance of NiCrBSi coating deposited by activated combustion-high velocity air fuel spray processˮ, Materials & Design, Vol. 31, pp. 913-917, 2010.

 

[11] J. Miguel, J. Guilemany & S. Vizcaino, “Tribological study of NiCrBSi coating obtained by different processesˮ, Tribology International, Vol. 36, pp. 181-187, 2003.

 

[12]    م. طهری، م. اسماعیلیان و ب. شهریاری، "بررسی خواص سایش دمای بالای پوشش­های پاشش حرارتی و کلدینگ استلایت 6 و NiCrBSi اعمال شده بر روی فولاد گرمکار DIN-1.2344"، فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، دوره 10، شماره 4، صفحه 119-128، زمستان 1395.

 

[13] S. Dong, B. Song, H. Liao & C. Coddet, “Deposition of NiCrBSi coatings by atmospheric plasma spraying and dry-ice blasting: Microstructure and wear resistanceˮ, Surface and Coatings Technology, Vol. 268, pp. 36-45, 2015.

 

[14] T. Spraying, “Practice, theory and applicationsˮ, American Welding Society, 1985.

 

[15] R. Gonzalez, M. Cadenas, R. Fernández, J. Cortizo & E. Rodríguez, “Wear behaviour of flame sprayed NiCrBSi coating remelted by flame or by laserˮ, Wear, Vol. 262, pp. 301-307, 2007.

 

[16] Z. Bergant, U. Trdan & J. Grum, “Effect of high-temperature furnace treatment on the microstructure and corrosion behavior of NiCrBSi flame-sprayed coatingsˮ, Corrosion Science, Vol. 88, pp. 372-386, 2014.

 

[17] P. L. Fauchais, J. V. Heberlein & M. Boulos, Thermal spray fundamentals: from powder to part: Springer Science & Business Media, 2014.

 

[18] R. Gonzalez, M. Garcia, I. Penuelas, M. Cadenas, M. del Rocío Fernández, A. H. Battez & et al., “Microstructural study of NiCrBSi coatings obtained by different processesˮ, Wear, Vol. 263, pp. 619-624, 2007.

 

[19] Š. Houdková, E. Smazalová, M. Vostřák & J. Schubert, “Properties of NiCrBSi coating, as sprayed and remelted by different technologiesˮ, Surface and Coatings Technology, Vol. 253, pp. 14-26, 2014.

 

[20] E. ASTM, “1920 – 03 standard guide for metallographic preparation of thermal sprayed coatingsˮ, ASTM International, 2003.

 

[21] E. ASTM, “2109 – 01 test methods for determining area percentage porosity in thermal sprayed coatingsˮ, ASTM International, 2001.

 

[22] E. ASTM, “384-99: standard test method for microindentation hardness of materialsˮ, West Conshohocken, PA: American Standard for Testing Materials International, 1999.

 

[23] G. ASTM, “99–95a standard test method for wear testing with a pin-on-disk apparatusˮ, ASTM International, 2000.

 

[24] H. J. Kim, S. Y. Hwang, C. H. Lee & P. Juvanon, “Assessment of wear performance of flame sprayed and fused Ni-based coatingsˮ, Surface and Coatings Technology, Vol. 172, pp. 262-269, 2003.

 

[25] S. Shrestha, T. Hodgkiess & A. Neville, “The effect of post-treatment of a high-velocity oxy-fuel Ni-Cr-Mo-Si-B coating Part I: Microstructure/corrosion behavior relationshipsˮ, Journal of thermal spray technology, Vol. 10, pp. 470-479, 2001.

 

[26] V. Ramezani, H. Arabi, S. Rastegari & Z. Valefi, “Effect of flame spray and heat treatment parameters on microstructure of Ni-based coatingsˮ, 2010.

 

[27] M. Planche, H. Liao, B. Normand & C. Coddet, “Relationships between NiCrBSi particle characteristics and corresponding coating properties using different thermal spraying processesˮ, Surface and Coatings Technology, Vol. 200, pp. 2465-2473, 2005.

 

[28] C. Navas, R. Vijande, J. Cuetos, M. Fernández & J. De Damborenea, “Corrosion behaviour of NiCrBSi plasma-sprayed coatings partially melted with laserˮ, Surface and Coatings Technology, Vol. 201, pp. 776-785, 2006.

 

[29] J. R. Davis, Handbook of thermal spray technology: ASM International, 2004.

 

[30] T. Gómez-del Río, M. Garrido, J. Fernández, M. Cadenas & J. Rodríguez, “Influence of the deposition techniques on the mechanical properties and microstructure of NiCrBSi coatingsˮ, Journal of Materials Processing Technology, Vol. 204, pp. 304-312, 2008.