نقش پوشش کامپوزیتی NiAl-(Cr2O3, TiO2) بر مقاومت به اکسیداسیون فولاد مقاوم به حرارت HH

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، پژوهشگاه مواد و انرژی، البرز، ایران

2 دانشیار، دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران

3 استاد، دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران

چکیده

فولادهای مقاوم به حرارت نوع HH به دلیل برخورداری از استحکام در دمای بالا و داشتن مقاومت به خوردگی و اکسیداسیون مناسب، کاربرد نسبتاً گسترده‌ای در صنایع مختلف دارند. عمده تخریب و استهلاک این فولادها ناشی از اکسیداسیون در دمای بالا می‌باشد. استفاده از پوشش سد نفوذی می‌تواند عمر کاری این فولادها را افزایش دهد. یکی از پوشش‌های مورد نظر، NiAl می‌باشد که یک ترکیب بین فلزی با مقاومت به اکسیداسیون بالاست.در این پژوهش تاثیر افزودن TiO2 و Cr2O3 بر مقاومت به اکسیداسیون در دمای بالای پوشش NiAL اعمال شده به روش HVOF بررسی شد. ابتدا شرایط سنتز پودر NiAl به روش آسیا کاری مکانیکی با استفاده از پودرهای Ni و Al تعیین شده است. سپس هر کدام از پودرهای TiO2 و Cr2O3 بطور جداگانه به مقدار 5 درصد وزنی به ترکیب NiAl اضافه و مخلوط شدند. پودرهای حاصله به روش HVOF بر سطح زیر لایه فولاد HH اسپری شده است. به منظور بررسی و ارزیابی کیفی نمونه های پوشش داده شده از میکروسکوپ الکترونی روبشی SEM، آزمون سختی سنجی، آزمون اکسیداسیون در دمای بالا و آزمون ضخامت سنجی بهره گرفته شده است. نتایج نشان داد که فولاد با پوشش کامپوزیتی از تخلخل کمتر و ضخامت و سختی بیشتری نسبت به نمونه با پوشش NiAl برخوردار بوده است. همچنین مقاومت به شوک حرارتی نمونه های با پوشش کامپوزیتی به مراتب بیشتر از نمونه با پوشش NiAl بوده است و حداکثر مقاومت به اکسیداسیون در دمای 1200 درجه سانتی‌گراد،متعلق به نمونه با پوشش NiAl-TiO2 می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] ASM Handbook, Volume 15, Casting, ASM International, Materials Park, Ohio, 2002.

[2] لای.جرج.وای/ تمیزی فرد و عضوامینیان، خوردگی آلیاژهای مهندسی در دمای بالا، دانشگاه علم و صنعت ایران، 1378.

[3] Rundell, G. and McConnell, J., “Oxidation Resistance of Eight Heat-Resistant Alloys at 870°, 980°, 1095°, and 1150°C”, Oxidation of Metals, Vol. 36, No. 3-4, pp. 253-263, 1991.

[4] Sierra, C., Vazquez, A.J., Hayashi, N., Kasai, E., Komarov, S.V., "NiAl coatings on carbon steel by self propagation high temperature synthesis assisted with concentrated solar energy: mass influence on adherent and prosity", Solar Energy Materials and Solar Cells, vol 86, pp 33-42, 2005

[5] Froes, F.H., Suryanarayana, C., Russell, K., li, C.G., "Synthesis of intermetallics by mechanical alloying", Materials Science and Engineering A, vol 192-193, pp 612-623, 1995

[6] Hearley, J.A., Little, J.A., Sturgeon, A.J., "The effect of spray parameters on the properties of high velocity oxy-fuel NiAl intermetallic coatings", Surface and Coatings Technology 123, pp 210–218, 2000

[7] Liu, C.T., Chhn, R.W., and Sauthoff, G., "ordered intermetallics- physical metallurgy and mechanical behaviour", Kluwer academic, London, 1992

[8] Sauthouff, G., "Intermetallics", Weinheim, Newyork, 1995

[9] Schwartz, M., "Emerging engineering materials: design process application", Technomic, Holand, 1996

[10] Yoshihiro Terada, Kenji Ohkubo, Tetsuo Mohri, Tomoo Suzuki, "Effects of ternary additions on thermal conductivity of NiAl", Intermetallics, 7, pp 717-723, 1999

[11] بزرگ‌تبار، م.، "توسعه پوشش‌های فتوکاتالیستی نانوساختار TiO2 با استفاده از فرایندهای پیشرفته APS و HVOF"، پایان‌نامه دکتری، دانشکده مواد، پژوهشکده مواد و انرژی، اسفند 1388

[12] Hearley, J.A., Little, J.A., Sturgeon, A.J., "The erosion behaviour of NiAl intermetallic coatings produced by high velocity oxy-fuel thermal spraying", Wear, 233-235, pp 328-333, 1999

[13] Wang, Y., Chen, W., "Microstructures, properties and high-temperature carburization resistances of HVOF thermal sprayed NiAl intermetallic-based alloy coatings", Surface and Coatings Technology, 183, pp 18-28, 2004

[14] Y. Wang., W. Chen, L. Wang., “Micro-indentation and erosion properties of       thermal-sprayed NiAl intermetallic-based alloy coatings”, Wear, Vol. 254 pp. 350–355, 2003.

[15] G. Bolelli, V. Cannillo, L. Lusvarghi, R. Rosa, A. Valarezo., “Functionally graded   WC–Co/NiAl HVOF coatings for damage tolerance, wear and corrosion protection”, Surface & Coatings Technology, Vol. 206 pp. 2585–2601, 2012.

[16] Deshpande, S., Kulkarni, A., Sampath, S., Herman, H., “Application of  image analysis for carecterition of porosity of thermal spray coating and correlation with small neutron scaterring”, Surface and Coatings Technology, Vol. 187,  pp. 6-16, 2004.

[17] Hsiao, W., Su, C., Huang, T., and Liao, W., “Wear Resistance and Microstructural Properties of Ni-Al/h-BN/WC-Co Coatings Deposited using Plasma Spraying”, Materials Characterization, 2013.

[18] Y. Wang, Z. Wang , Y. Yang, W. Chen., “The effects of ceria on the mechanical properties and thermal shock resistance of thermal sprayed NiAl intermetallic coatings”, Intermetallics, Vol.16, pp. 682-688, 2008

[19] Zhang, P. Wang, X. Guo, L. Cai, L. Sun, H. “Characterization of in situ synthesized TiB2 reinforcements in iron-based composite coating”, Applied Surface Science, Vol. 258, pp. 1592– 1598, 2011. 

[20] Liu, X.B., Yu, R.L., “Microstrcture and high temperature wear and oxidation resistance of laser clad WC/TiC composite coatings on TiAl intermetallic alloy”, Journal of Alloys and Compounds, Vol, 439 pp.279-286. 2007.

[21] Evans, H.E., “cracking and spalling of protective oxide layer” Materials Science and Engineering A., Vol. 120, pp. 139-146. 1989.