28170

لايه نشاني نانوكامپوزيت Inconel 718 تقويت شده با گرافن بر روي سوپرآلياژ Inconel 718 با استفاده از روش GTAW

دكتري تخصصي (PhD)

مهندسي مواد و متالورژي- جوشكاري

1395

1401/12/16

مسعود گودرزي

دانشكده مهندسي مواد و متالورژي

آلياژ IN718 يك آلياژ پايه نيكل رسوب¬سخت شونده است كه به دليل داشتن خواص خوب مقاومت به خوردگي، اكسيداسيون و خواص مناسب خزشي در صنايع نفت و گاز، نيروگاهي و هوافضا كاربرد عمده¬اي دارد. با اين وجود مقاومت به سايش ضعيف اين آلياژ، كاربردش را در برخي از شرايط كاري محدود ساخته است. بهمين علت تاكنون تحقيقات وسيعي در خصوص بهبود مقاومت به سايش و خواص تريبولوژيكي اين آلياژ انجام شده است. در تحقيق حاضر تاثير نانوصفحات گرافن به عنوان يك روانكار جامد روي رفتار تريبولوژيكي آلياژ IN718 مورد بررسي قرار گرفته است. به اين منظور در ابتدا به كمك روش نورد تجمعي فلزهاي پركننده حاوي نانوصفحات گرافن تهيه گرديد و سپس توسط فرآيند جوشكاري GTAW عمليات لايه نشاني و كامپوزيت سازي روي سطح انجام شد. پس از انجام لايه نشاني، ريزساختار نواحي جوش با استفاده از ميكروسكوپ¬هاي OM، SEM، FESEM و TEM بررسي گرديد. رفتار تريبولوژيكي نمونه¬ها در برابر جسم ساينده سخت توسط آزمون پين بر ديسك و آزمون¬هاي نانوسختي سنجي و نانوخراش انجام شد. همچنين به منظور بررسي اثر نانوصفحات گرافن بر روي خواص مكانيكي، از آزمون¬هاي كشش و سختي سنجي ويكرز استفاده شد. نتايج نشان داد كسر حجمي فازهاي كاربيدي و كربونيتريدي در كامپوزيت ايجاد شده حاوي نانوصفحات گرافن به ميزان 248 درصد افزايش يافت. از طرف ديگر بررسي¬هاي صورت گرفته روي فاز لاوه حاكي از كاهش كسر حجمي اين فاز در حضور نانوصفحات گرافن بود. نتايج آزمون سايش مشخص نمود نمونه¬هاي كامپوزيتي ايجاد شده با 1 درصد وزني نانوصفحات گرافن، منجر به كاهش ضريب اصطكاك از حدود 91/0 براي نمونه فلز پايه به مقدار 41/0 خواهد شد. همچنين نرخ سايش در نمونه¬هاي كامپوزيتي ايجاد شده با 25/0 و 1 درصد وزني به ترتيب 68% و 186% نسبت به فلز پايه IN718 كاهش يافت.

1402/01/16

Surface cladding graphene reinforced inconel 718 nanocomposite on the Inconel 718 using GTAW

1/1/1900 12:00:00 AM

Inconel 718 (IN718) is a precipitation hardenable nickel-iron based superalloy. It have been broadly used in different hot section components of marine and aerospace gas turbine due to its poor heat conductivity, strain hardening properties, chemical reactivity and creep resistance. This superalloy is with good weldability as it encompass small amount of Al and Ti in its chemical composition. However, IN718 exhibits poor wear resistance, resulting in shortening the service life of components owing to the relatively low hardness in spite of its excellent properties. Therefore the frequently applied surface modification approaches such as plasma nitriding, boriding, laser hardening, and surface hardening heat treatment and shot peening. In this research, the effect of graphene nanoplates as a solid lubricant on the tribological behavior of IN718 has been investigated. For this purpose, filler metals containing graphene nanosheets were prepared using the accumulative roll bonding method, and then surface cladding was performed on the surface of IN718 by the GTAW welding process. After cladding, the microstructure characterization was studied by XRD, SEM, TEM and Raman spectroscopy. In order to check the wear resistance of the created surface coating and the underlying layer, the pin-on-disk test was used. Furthermore, for determining nanohardness and modulus of elasticity of the prepared IN718/GNPs composite, nanoindentation and nanoscratch tests were performed. The results showed that the volume fraction of carbide and carbonitride phases in the IN718/GNPs composite has increased by 248%. On the other hand, the investigations carried out on the Lava phase indicated a decrease in the volume fraction of the Lava phase in the presence of graphene nanosheets. Both yield strength and tensile strength of composite specimen with 1.0 wt% GNPs was 35% and 45% higher than those of base Inconel material, and the friction coefficient and wear rate were 204% and 52% lower than those of non-reinforced Inconel 718. Such enhancement of tribological properties can be ascribed to the hardness increase of GNPs-containing specimens and the formation of GNPs protecting film on the worn exteriors.

سايش , نانوصفحات گرافن , اينكونل 718

Wear , graphene nanoplates , inconel 718

Ehsan Ahmadi

Dr. Masood Goodarzi