25199

آلياژسازي سطحي سخت Cr-Co توسط لايه¬نشاني ليزري

كارشناسي ازشد

متالورژي و مهندسي مواد

1396

1400/2/28

دكتر مسعود گودرزي

متالورژي و مهندسي مواد

به منظور ايجاد پوششي جهت افزايش سختي در قطعاتي كه در دماي بالا كار مي‌كنند از فرآيند آلياژسازي ليزري مي‌توان استفاده كرد. در اين پژوهش آلياژسازي ليزري با هدف دست‌يابي به پوششي از آلياژ كبالت-كروم و ذرات استحكام دهنده آلومينا بر سطح فلز پايه فولادي AISI 1045 توسط ليزر پالسي انجام شد. از آنجايي كه شكل ريزساختار و همچنين توزيع و اندازه¬ي ذرات استحكام دهنده بر سختي پوشش تأثير دارد، عوامل كنترل كننده¬ي اين متغيرها مورد بررسي قرار گرفت. از پراش پرتو ايكس (XRD) و طيف‌نگاري انرژي پرتو ايكس (EDS) براي شناسايي فازها، از ميكروسكوپ نوري (OM) براي مطالعه هندسه مقاطع آلياژسازي شده، از ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) براي بررسي ريزساختار و براي بررسي توزيع سختي پوشش از ميكرو¬سختي سنجي ويكرز استفاده شد. اين پژوهش در دو فاز انجام شد. در فاز اول به منظور احياي درجاي اكسيد كبالت و اكسيد كروم به منظور دستيابي به تركيب Co-20%wt Cr از كربن به عنوان عامل احيا كننده استفاده شد. پس از انجام عمليات فعال‌سازي در مدت زمان‌هاي 8 ، 12 ، 24 و 36 ساعت، احياي پودرهاي اكسيدي انجام نشده بود. سپس با تركيب پودرهاي فعال شده و چسب، سوسپانسيوني تهيه شده و بر سطح فلز پايه قرار گرفت. پس از خشك شدن، نمونه در معرض تابش پرتو ليزر قرار گرفت و به علت پاشش ناشي از واكنش احيايي، پوششي در سطح فلز پايه ايجاد نشد. در فاز دوم، علاوه بر كربن از آلومينيوم به عنوان عامل احيا كننده در نسبت‌هاي2/1، 8/5 و 4/3 موازنه-اي به پودرها اضافه شد. در نمونه¬ي با نسبت موازنه¬اي 4/3 با افزايش دماي محفظهِ¬ي آسياكاري در اثر واكنش آلومينيوترمي، واكنش كربوترمي نيز فعال شده و پودرهاي اكسيدي پس از 40 ساعت آسياكاري احيا شدند. پس از مرحله پيش¬نشاني پودرها و آلياژسازي ليزري، پوششي شامل كبالت، كروم و آلومينا در سطح فلز پايه شكل گرفت. عوامل كنترل كننده ويژگي پوشش، مانند سرعت نسبي حركت ليزر و طول پالس نقش مهمي در سختي پوشش داشتند. با كاهش سرعت نسبي پرتو ليزر نرخ حرارت ورودي و عمق پوشش افزايش پيدا كرد و به علت تجمع ذرات آلومينا سختي افزايش يافت. كاهش طول پالس ليزر نيز باعث افزايش ظرافت و سختي دندريت‌ها شد و در نمونه‌هايي با طول پالس كمتر، سختي بالاتري مشاهده شد. به‌طور كلي نتايج نشان داد كه بهترين حالت پوشش با سختي بالاتر از 950 ويكرز، در توان ليزر W155، فركانس Hz15، طول پالس ms 10 و سرعت فرآيند mm/s1 به دست آمده است.

1400/06/22

Hard Surface Alloying Co-Cr Using Laser Coating

1/1/1900 12:00:00 AM

The laser alloying process can be used to create a coating to increase the hardness and corrosion resistance of parts operating at high temperatures. In this research, laser alloying has been performed by pulsed laser to obtain coating of cobalt, chromium and alumina reinforcing particles on the surface of AISI1045 steel base metal. Since the shape and size of the microstructure and the distribution of reinforcing particles affect the hardness of the coating, the factors controlling these changes have been investigated. X-ray diffraction (XRD) and X-ray energy spectroscopy (EDS) to detect the phases. Optical microscopy (OM) has been applied to study the geometry of alloyed sections. Scanning electron microscopy (SEM) and Vickers hardness have been used to study the microstructure and analyze the hardness distribution of the coating, respectively. This research has been done in two phases. In the first phase, carbon was used as the reducing agent to in-situ reducing the levels of cobalt oxide and chromium oxide to achieve the Co_20% Wt Cr composition. After activation of oxide powders at 8.12.24.and 36 hours, the powders were not reduced. Then, by combining activated powders and glue, a suspension was prepared and placed on the surface of the base metal. After drying, the sample was exposed to laser beam. No coating was formed on the surface of the base metal due to spraying because of the reduction reaction. In the second phase of the experiment, aluminum was added to the powders as reducing agent in 1/2, 5/8 and 3/4 stoicheiometry ratios. As the temperature of the milling chamber increased due to the aluminothermic reaction, the carbothermic reaction was activated and the oxide powders were reduced after 40 hours of milling. After the preplacing of powders and laser alloying, a coating containing cobalt, chromium and alumina is formed on the surface of the base metal. Coating control factors, such as the relative speed of the laser and the pulse length, play an important role in the coating hardness. As the relative speed of the laser beam increases, the depth of the coating increases and the hardness increases due to the accumulation of alumina particles. Decreasing the laser pulse length also reduced the size of the dendrites, and higher hardness was observed in samples with shorter pulse lengths. Overall, the results showed that the best coating mode with high hardness of 950 Vickers is achieved under the condition of 155 W Average Power 15 Hz frequency and 10 ms duration pulse. The optimum travel speed in this study was found to be 1 mms-1.