18413

۱۸۴۱۳

بررسي رفتار عناصر كاربيد ساز كروم و واناديم در حمام نمك مذاب بوراكس بر تشكيل پوشش هاي كامپوزيتي كاربيدي به روش نفوذ فعال حرارتي

دكتري تخصصي

مهندسي مواد

آذر ماه ۱۳۹۶

دكتر سلطانيه - دكتر ثقفيان

دكتر ژي گنگ يانگ

مواد و متالورژي

در اين پژوهش، رفتار عناصر كاربيدساز واناديم و كروم در حمام نمك مذاب بر تشكيل كاربيدهاي دوتايي كروم و واناديم روي فولاد H13 مورد بررسي قرار گرفت. با توجه به محدود بودن تحقيقات در زمينه اتفاقات داخل حمام نمك مذاب و ارتباط آن با رشد پوشش¬هاي كاربيدي به علت دماي بالاي پوشش¬دهي، ناشناخته¬هاي زيادي وجود دارد كه با شناخت آن مي-توان از اين روش مقرون¬به¬صرفه در فرآيندهاي ديگر نفوذي استفاده كرد. در اين تحقيق، پوشش-ها و حمام¬هاي سريع سرد شده از طريق پراش¬سنج پرتو ايكس (XRD)، ميكروسكوپ الكتروني (FE-SEM) و آناليز عنصري (EPMA) بررسي شدند. ضخامت لايه پوشش كاربيدي بعد از پوشش¬دهي به مدت هشت ساعت در دماي 1000 درجه سانتي¬گراد در حمام فلزي، اكسيدي و فلزي- اكسيدي با نسبت مولي كروم به واناديم 1 به ترتيب برابر 5/0± 5/6، 5/0± 2/5 و 5/0±7/5 ميكرومتر بود. همچنين درصد مناطق غني از واناديم در حمام فلزي، اكسيدي و فلزي- اكسيدي به ترتيب 63، 57 و 74 درصد كل پوشش كاربيدي تشكيل شده بود. بررسي¬هاي انجام گرفته روي حمام¬ها نشان داد كه ذرات معلق فلزي در حمام¬هاي فلزي و حمام¬هاي اكسيدي (ناشي از احيا پودر هاي اكسيدي) كه در سرتاسر حمام پراكنده شده بود، نقش اصلي را در تشكيل پوشش¬هاي كاربيدي روي زيرلايه دارند. در بررسي نمونه¬هاي H13 در هردو حمام فلزي و اكسيدي تا قبل از 1 ساعت پوشش¬دهي، فصل مشترك كنترل كننده سرعت واكنش بود و رابطه بين ضخامت پوشش و زمان پوشش دهي تابع معادله خطي (d=at+b) بود. با افزايش زمان پوشش¬دهي تا 12 ساعت، نفوذ كربن كنترل كننده سرعت واكنش بوده است و رابطه بين ضخامت پوشش و زمان پوشش¬دهي تابع معادله پارابوليك (d=ct0.5+e) بود. مدل رشد لايه¬هاي كاربيدي با نفوذ جزء كربن، تطابق بالايي با داده¬هاي تجربي داشت. در هر سه نسبت از حمام، ضخامت پوشش¬هاي كاربيدي تشكيل¬شده در حمام فلزي بيشتر از حمام اكسيدي بود. در پوشش¬هاي دوتايي كروم و واناديم، مناطق غني از كاربيد كروم به صورت دانه¬هاي ستوني و كاربيد واناديم به صورت دانه¬هاي منسجم هم¬محور رشد كردند. در حمام فلزي و اكسيدي با نسبت يكسان واناديم به كروم، مناطق غني از كاربيد واناديم به عنوان پوشش بيشتر از مناطق غني از كاربيد كروم تشكيل شدند. روش پوشش¬دهي نفوذ فعال حرارتي با استفاده از حمام نمك مذاب قابليت توليد پوشش¬هاي كامپوزيتي را دارا مي¬باشد.

1396/11/14

2/3/2018 12:00:00 AM

In the present research, the effect of behavior of carbide-forming elements of chromium and vanadium in the bath on the formation of dual-carbide coating, H13 sample was investigated. Regarding the limited research on the event inside the molten salt bath and its relationship with the growth of carbide coatings due to the high temperature, there are many ambiguities and lack of evidence in this field. This method can be widely used for other diffusion process if the exact mechanism in the bath is understood. Field emission scanning electron microscopy (FE-SEM), electron probe micro analyzer (EPMA) and X-ray diffraction analysis (XRD) were applied to study the coatings and the rapidly quenched baths. After 8 hours of coating at 1000 ˚C, the thickness of the carbide coating layer was 6.5 ± 0.5, 5.2 ± 0.5, or 5.7 ± 0.5 μm depending on whether it was deposited in a metal, oxide, or metal/oxide bath, respectively. The phase distribution of vanadium-rich regions was 63%, 57%, and 74% of the total coating deposited in metal, oxide, and metal/oxide baths, respectively. Results showed that suspended metalic particles distributed all over the metal and oxide baths (resulted from reduction in oxide powders), had a significant role in the formation of carbide coatings on the substrate. In the study of H13 samples in both metal and oxide baths, before 1 h and between 1 h to 12 h of the coating process, the interface and the diffusion controlled the growth, respectively. Regarding this mechanism of growth, before 1 h, the relationship between coating thickness and time was fitted to a linear function (d=at+b) and from 1 h to 12 h, it was fitted to a parabolic function (d=ct0.5+e). The growth type of carbide layers with carbon diffusion had a high concordance with experimental results. In all three ratios, the thickness of produced carbide coating was higher in the metal bath than in the oxide bath. In chromium and vanadium dual coatings, chromium carbide-rich regions and vanadium carbide-rich regions grew as columnar and equiaxed grains, respectively. In metal and oxide baths with equal chromium to vanadium molar ratios, vanadium carbide-rich regions were produced more than chromium carbide-rich regions in the coating. Thermal Reactive Diffusion method can be used to produce composite coatings by molten salt bath.