لینک دانلود و خرید پایین توضیحات
فرمت فایل word و قابل ویرایش و پرینت
تعداد صفحات: 11
ایجاد پوشش کاربید تنگستن روی سطوح آلومینیومی به روش مکانو شیمیایی
هادی نیامنش1، جلیل وحدتی خاکی2، محمد شیخ شاب بافقی3
1کارشناسی ارشد دانشکده مهندسی مواد دانشگاه علم و صنعت ایران
2استاد دانشکده مواد دانشگاه فردوسی مشهد
3دانشیار دانشکده مواد دانشگاه علم و صنعت ایران
چکیده
در این تحقیق روش جدیدی برای پوشش دادن سطوح فلزی به روش مکانوشیمیایی ارائه شده است. زیرلایه مورد استفاده در این روش میتواند به عنوان محفظه، یا قسمتی از محفظه آسیا و یا به عنوان گلولههای آسیا باشد. در این پژوهش سطوح استوانههای آلومینیومی با کامپوزیت WC-Al2O3 به روش مکانوشیمیایی پوشش داده شد. دستگاه آسیای مورد استفاده از نوع آسیای آزمایشگاهی ماهوارهای بوده، و جنس گلولهها و ظرف حاوی گلولهها و پودر مورد نظر آلومینایی است. مخلوط پودری WO3 و کربن همراه زیرلایه آلومینیومی با گلولههای آلومینایی در محفظه آسیا با سرعت RPM350 آسیاکاری شد. در حین آسیاکاری واکنش شیمیایی بین مخلوط پودری و زیرلایه آلومینیومی WO3+C+Al انجام شده و با توجه به اینکه این واکنش به شدت گرمازا است، لایه کامپوزیتی WC+Al2O3 روی سطح زیرلایه آلومینیومی تشکیل میشود. از آنجایی که پوشش در حین آسیاکاری تشکیل میشود ممکن است که پوشش تشکیل شده به صورت نانوساختار باشد. پراش اشعه X (XRD) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) برای بررسی ترکیبات تشکیل دهنده، اندازه کریستالیت و ضخامت پوشش مورد استفاده قرار گرفت. با توجه به نتایج بدست آمده، به نظر میرسد که به کمک این روش جدید و گرمازایی بالای واکنش در حین آسیاکاری فصل مشترک بین پوشش و زیرلایه استحکام بالایی داشته باشد. همچنین این روش قابلیت ایجاد پوششهایی با ترکیبهای متفاوت روی زیرلایههای مختلف را دارا است. از کاربردهای اصلی برای این تکنیک میتوان به ایجاد پوشش روی سطوح داخلی لولههای فلزی اشاره کرد.
کلمات کلیدی: پوششدهی؛ مکانوشیمیایی؛ Al2O3-WC؛
مقدمه
آلیاژسازی مکانیکی یکی از روشهای سادهای برای سنتز مواد پایدار و نیمهپایدار در دمای اتاق است، که ترکیبات بین فلزی، مواد آمورف از جمله این مواد هستند[1و2]. در عملیات آسیاکاری همیشه مقداری از مخلوط پودر مورد نظر روی گلولهها و دیواره داخلی ظرف باقی میماند که نسبتا چسبندگی بالایی نیز دارد، از آنجایی که در حین عملیات آسیاکاری مقدار تنش زیادی به پودر توسط گلولهها وارد میشود بدین ترتیب حتی ممکن است که پوشش ایجاد شده به صورت نانوساختار باشد[3]. امروزه براساس این پدیده به کمک آسیاکاری پوششهایی روی سطوح زیرلایههای فلزی ایجاد کردهاند. زیرلایه میتواند به صورت ورقی متصل به دیواره ظرف و یا تکهای همراه با گلولهها آسیاکاری شود. انرژی برخورد گلولهها میتواند منجر به واکنش بین لایه سطحی زیرلایه و مخلوط پودری شود[3،4و5]. در برخی مواقع گرمازایی واکنشهای انجام شده در حین آسیاکاری منجر به ذوب موضعی زیرلایه شده و بدین ترتیب فصل مشترک با استحکام بالا تشکیل خواهد شد. همچنین اگر زیرلایه به اندازه کافی نرم باشد ذرات پودری سخت در سطح زیرلایه فرو رفته و پوشش مورد نظر به کمک پدیده جوش سرد به سطح زیرلایه متصل شوند. البته فصل مشترک این نوع پوشش که در آن واکنش شیمیایی صورت نگرفته است، استحکام بالایی نخواهد داشت[4و6].
امروزه پوششهایی به این روش در مقیاس آزمایشگاهی تولید شدهاند، که از جمله میتوان به ایجاد پوششهای سربی و تنگستنی روی زیرلایههای آلومینیومی اشاره کرد[4]. همچنین به کمک این روش روی زیرلایههای تیتانیمی پوشش نانوساختار آلومینیوم ایجاد میشود که در حین آسیاکاری آلیاژ آلومینیوم- تیتانیم روی سطح تشکیل میشود[6].
از آنجایی که پوششهای ایجاد شده به این روش دارای تخلخل بالایی است بعد از عملیات آسیاکاری پلاسمای پالسی روی سطح انجام میشود تا ترکیب بین فلزی دلخواه روی سطح شکل گیرد و از زبری سطح کاسته شود. مرحله پلاسمای پالسی را میتوان یک مرحله ثانویه تلقی کرد که پوشش نهایی حاصل از عملیات آسیاکاری را بهبود بخشیده و حتی ترکیبات جدیدی نیز روی سطح ایجاد کرد[7].
پوششهایی که به روش مکانوشیمیایی ایجاد میشوند به دلیل گرمازا بودن واکنشهایی که در حین عملیات آسیاکاری صورت میگیرد اتصال بین پوشش و زیرلایه را افزایش داده و فصل مشترک با مقاومت و یکپارچگی بالایی را ایجاد میکند.
مخلوط پودری کامپوزیت Al2O3-WC با آسیاکاری مخلوط پودری WO3، Al و C قابل سنتز است. در این پژوهش آسیای آزمایشگاهی ماهوارهای برای ایجاد پوشش کامپوزیتی Al2O3-WC روی سطح استوانههای Al1000 با ابعاد مشخص استفاده شد.
با توجه به رابطه1 آلومینیوم WO3 را در حضور کربن به WC احیا میکند. بدین ترتیب میتوان نتیجه گرفت که در صورت انجام این واکنش در حین آسیاکاری کامپوزیت Al2O3-WC روی سطح زیرلایه آلومینیومی تشکیل شود.
Q=872.529-KJ/mol (واکنش1)
به دلیل گرمازایی بالای این واکنش و واکنش در حین آسیاکاری به صورت خود پیشرونده (MSR) خواهد بود[3].
به کمک پراش اشعه x (XRD) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) فازهای تشکیل دهنده پوشش، اندازه کریستالیتها و سطح مقطع پوشش تشکیل شده مورد بررسی قرار گرفت.
مواد و روش تحقیق
مواد پودری مورد استفاده در این پژوهش WO3 و C با درجه خلوص 99.8% بوده و زیرلایه آلومینیوم 1000 به صورت استوانهای با قطر و ارتفاع mm10 استفاده شد. برای انجام کارهای تجربی از آسیای ماهوارهای آزمایشگاهی با سرعت حدود RPM350 استفاده شد. گلولهها و ظرف حاوی آن سرامیکی بوده و از جنس آلومینا و و در هر مرحله از 4 گلوله برای آسیاکاری استفاده شد. نسبت گلوله به پودر در هر مرحله آسیاکاری 30 به 1 بوده و پودر به صورت استکیومتری به سیستم اضافه شد و وزن زیرلایه آلومینیومی همراه گلولههای آلومینایی محاسبه گردید.
همانطور که در جدول1 نشان داده شده است مدت زمان آسیاکاری بر تشکیل پوشش روی سطح زیرلایه مورد بررسی قرار گرفت. برای بررسی اثر مدت زمان آسیاکاری بر پوشش تشکیل شده مدت زمانهای 5، 10، 15، 20 و 30 ساعت انتخاب شد.
در نهایت برای بررسی فازهای تشکیل شده در سطح زیرلایه و پودر باقیمانده، آنالیز XRD از پوشش تشکیل شده روی زیرلایه آلومینیومی به عمل آمد و به کمک میکروسکوپ الکترونی روبشی SEM سطح مقطع پوشش تشکیل شده مورد بررسی قرار گرفت.
جدول1. مراحل انجام آزمایشهای بررسی مدت زمان آسیاکاری در تشکیل پوشش
تعداد گلوله 4
نسبت گلوله به پودر 1:30
مدت زمان آسیاکاری 5،10،15،20،30
نتایج و بحث
اثر مدت زمان آسیاکاری را صورت کلی میتوان اینگونه بیان کرد که با افزایش مدت زمان آسیاکاری، دستیابی به محصول نهایی محتملتر شده و اندازه کریستالیتهای پوشش مورد نظر کاهش مییابد و در عین حال ضخامت پوشش افزایش مییابد.
نتایج الگوی پراش اشعه x
در شکل1 و شکل2 الگوی پراش اشعه x پوشش و پودر باقیمانده نمونههای آسیاکاری شده در زمانهای مختلف نشان داده شده و با هم مقایسه شدهاند.
با بررسی الگوی پراش پوشش و پودر باقیمانده حاصل از آسیاکاری به مدت پنج ساعت میتوان به این نتیجه رسید که به دلیل وجود WO3 در پوشش و پودر باقیمانده هیچ واکنشی انجام نشده است و مخلوط پودر یکنواخت شده و ریزتر شدهاند و ذرات پودری اکسید تنگستن احتمالا به صورت فیزیکی روی سطح زیرلایه قرار گرفته است.
همچنین الگوهای پراش پوشش و پودر باقیمانده حاصل از آسیاکاری به مدت 10 ساعت نشان میدهد که، در پوشش علاوه بر آلومینیوم WOx، W و W2C در پوشش وجود دارد. بدین ترتیب میتوان نتیجه گرفت که در این مرحله دو واکنش زیر شکل گرفتهاند.
(واکنش2)
(واکنش3)
که در نهایت با جمع دو واکنش بالا میتوان به این نتیجه رسید که در مجموع واکنش زیر در حال انجام
تحقیق درباره پوشش سطوح فلزی
