28018

ساخت و مشخصهيابي پوشش آلياژ انتروپي بالاي Al0.3CoCrFeNi تقويت شده با ذرات SiC به روش آلياژسازي مكانيكي

كارشناسي ارشد

مهندسي مواد و متالورژي

1398

1401/9/3

دكتر عليرضا ذاكري- دكتر مسعود گودرزي

مهندسي مواد و متالورژي

آلياژهاي انتروپي بالا با تركيب عمومي AlxCoCrFeNi (x : تا نسبت مولي 3) به دليل ارائه مجموعه جالبتوجهي از خواص فيزيكي، مكانيكي و خوردگي، در سالهاي اخير به طور گسترده مورد مطالعه و تحقيق پژوهشگران قرار گرفتهاند. آلومينيوم نقش قابلتوجهي در خواص سختي و مقاومت به خوردگي اين آلياژها ايفا مي‌كند. بالا بودن شعاع اتمي آلومينيم موجب ميشود كه با افزايش درصد اين عنصر، آرايش آلياژ از FCC به BCC تغيير پيدا كند و از اين طريق خواص سختي آلياژ افزايش يابد. از سوي ديگر، تشكيل لايه ناپايدار اكسيد آلومينيوم متخلخل باعث كاهش مقاومت به خوردگي حفرهاي آلياژ ميشود. بنابراين براي حفظ خواص خوردگي مناسب ان است كه درصد آلومينيوم تا حد ممكن پايين نگهداشته شود. در عين حال، با افزودن ذرات تقويت كننده سراميكي ميتوان كاهش سختي آلياژ را جبران نمود. در راستاي اين هدف، كامپوزيتسازي سيستم آلياژي Al0.3CoCrFeNi با ذرات سيليسيم كاربيد به روش آلياژسازي مكانيكي توسط آسياي سيارهاي در تحقيق پيش رو مورد مطالعه قرار گرفته است. همچنين با توجه به امكان لايهنشاني درجا در حين آسياكاري، از اين روش براي ايجاد پوششهاي كامپوزيتي Al0.3CoCrFeNi-SiC استفاده شد. ابتدا به منظور تعيين زمان مناسب براي شكلگيري آلياژ و پوشش، آلياژسازي مخلوط پودرهاي فلزي تشكيلدهنده در زمانهاي 5، 10، 15، 20، 25 و 30 ساعت با سرعت و نسبت گلوله به پودر ثابت به انجام رسيد، و در مرحله بعد با اضافه كردن 5، 10 و 15 درصد وزني سيليسيم كاربيد به مخلوط پودرهاي فلزي تحت شرايط بهينه آسياكاري پوشش كامپوزيتي بر روي زيرلايه فولادي ايجاد شد. آناليز XRD براي شناسايي و تحليلهاي فازي، و تصاوير ميكروسكوپ نوري و SEM براي بررسيهاي ريزساختاري مقطع پوشش و توزيع عنصري به كار گرفته شد. همچنين براي سنجش سختي و خواص خوردگي پوشش، آزمونهاي سختيسنجي ويكرز، پلاريزاسيون و طيفسنجي امپدانس الكتروشيميايي مورد استفاده قرار گرفت. نتايج حاصل از آناليز XRD، 20 ساعت را به عنوان زمان بهينه براي تشكيل آلياژ نشان داد. سختي پوشش آلياژي 590 ويكرز و سختي پوششهاي كامپوزيتي حاوي 5، 10 و 15 درصد وزني SiC در شارژ، به ترتيب برابر 624، 647 و 684 بودند. داده‌هاي آناليز پلاريزاسيون پتانسيوديناميك براي نمونه آلياژي، پتانسيل خوردگي 681/0- ولت و دانسيته جريان خوردگي66/56 ميكروآمپر بر سانتيمتر مربع را نشان داد، درحاليكه پتانسيل خوردگي براي نمونه‌هاي كامپوزيتي به ترتيب 708/0- ، 703/0- و 769/0- ولت و دانسيته جريان خوردگي به ترتيب 46/48، 53/4 و 77/11 ميكروآمپر بر سانتيمتر مربع بهدست آمد. نتايج آناليز طيف سنجي امپدانس الكتروشيميايي براي نمونه بهينه حاوي 10 درصد وزني سيليسيم كاربيد نشان داد مقاومت انتقال بار اين نمونه 260 ميكروفاراد، CPE برابر با 4-E19/8 ميكروفاراد بر سانتي متر مربع و n برابر 78/0بدست آمد.

1401/12/20

Fabrication and Characterization of Al0.3CoCrFeNi High Entropy Alloy Coating Reinforced by SiC Particles using Mechanical Alloying Method

11/24/2023 12:00:00 AM

High entropy alloys with the general composition of AlxCoCrFeNi (x: up to 3 molar ratio) have been widely studied and researched by researchers in recent years due to their interesting set of physical, mechanical and corrosion properties. Aluminum plays a significant role in the hardness and corrosion resistance properties of these alloys. The high atomic radius of aluminum causes the composition of the alloy to change from FCC to BCC by increasing the percentage of this element, thereby increasing the hardness properties of the alloy. On the other hand, the formation of an unstable layer of porous aluminum oxide reduces the pitting corrosion resistance of the alloy. Therefore, to maintain the corrosion properties, it is appropriate to keep the percentage of aluminum as low as possible. At the same time, adding ceramic reinforcing particles can compensate for the decrease in the hardness of the alloy. In line with this goal, the composite of Al0.3CoCrFeNi alloy system with silicon carbide particles by mechanical alloying method has been studied by Asia Planetary in the upcoming research. Also, due to the possibility of in-situ layering during grinding, this method was used to create Al0.3CoCrFeNi-SiC composite coatings. First, in order to determine the appropriate time for the formation of the alloy and the coating, the alloying of the mixture of the constituent metal powders was done in 5, 10, 15, 20, 25 and 30 hours with a constant speed and ratio of pellets to powder, and In the next step, by adding 5, 10, and 15 percent by weight of silicon carbide to the mixture of metal powders, a composite coating was created on the steel substrate under optimal grinding conditions. XRD analysis was used for phase identification and analysis, and light microscope and SEM images were used for microstructural investigations of the coating cross-section and elemental distribution. Vickers hardness tests, polarization and electrochemical impedance spectroscopy were also used to measure the hardness and corrosion properties of the coating. The results of XRD analysis showed 20 hours as the optimal time for alloy formation. The hardness of the alloy coating was 590 Vickers and the hardness of the composite coatings containing 5, 10 and 15% by weight of SiC in the charge were 624, 647 and 684, respectively. The data of potentiodynamic polarization analysis for the alloy sample showed the corrosion potential of -0.681 V and the corrosion current density of 56.66 μA/cm2, while the corrosion potential for the composite samples was -0.708, -0.703 and 769, respectively. -0.V and corrosion current density were obtained as 48.46, 4.53 and 11.77 microamps/cm2, respectively. The results of electrochemical impedance spectroscopy analysis for the optimal sample containing 10% by weight of silicon carbide showed that the load transfer resistance of this sample was 260 microfarads, CPE was equal to 8.4-E19 microfarads/cm2 and n was 0.78.

آلياژ انتروپي بالا , آلياژسازي مكانيكي , پوششدهي مكانيكي , پوشش كامپوزيتي زمينه فلزي , خواص خوردگي آلياژ Al0.3CoCrFeNi

High entropy alloy , mechanical alloying , mechanical coating , metal-matrix composite , corrosion properties of Al0.3CoCrFeNi alloy

Parastoo Fardi

Alireza Zakeri- Masoud Godarzi