تولید و مشخصه‌یابی پوشش کامپوزیتی WC-10Co-4Cr-xGr اعمال شده به روش پاشش حرارتی
محورهای موضوعی : عملیات حرارتیمحمد رزازی بروجنی 1 , ایات مؤید لفته النداوی 2 , فرهاد عظیمی فر 3
1 - استادیار، گروه مهندسی مواد، واحد لنجان، دانشگاه آزاد اسلامی، اصفهان، ایران
2 - دانشجوی کارشناسی ارشد رشته مهندسی مواد، گروه مهندسی مواد، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران جنوب، تهران، ایران.
3 - استادیار، گروه مهندسی پزشکی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد اصفهان(خوراسگان)، اصفهان، ایران
کلید واژه: سایش, پوشش, تخلخل, لایه محافظ, گرافیت,
چکیده مقاله :
بهبود مقاومت سطحی قطعات صنعتی در برابر عوامل مخربی همچون سایش و خوردگی، یکی از چالش‌های مهم در مهندسی سطح محسوب می‌شود. یکی از مهمترین روش‌های افزایش مقاومت سطحی، اعمال پوشش WC-10Co-4Cr می‌یاشد. اما این پوشش با وجود مقاومت به خوردگی عالی که دارد، رفتار تریبولوژیکی مناسبی نسبت به دیگر پوشش‌های پایه کاربید تنگستنی ندارند. به همین منظور در این پژوهش با افزودن گرافیت در دو مقدار 7 و 14 درصد وزنی به پودر WC-10C-4Cr و اعمال پوشش‌ها به روش پاشش حرارتی بر روی زیرلایه فولادی به مقایسه رفتار تریبولوژیکی آن‌ها پرداخته شد. بررسی‌ها به کمک تصاویر SEM، آزمون XRD، زبری سنجی، سختی سنجی انجام گرفت. برای ارزیابی رفتار مقاومت سایشی پوشش‌ها و زیرلایه نیز ار آزمون پین بر دیسک استفاده شد. نتایج نشان داد که گرافیت با وجود کاهش نسبی سختی و افزایش زبری پوششِ پایه کاربید تنگستنی با توجه به خاصیت روانکاری فوق العاده‌ای که دارد منجر به ارتقای قابل توجه رفتار تریبولوژیکی زیرلایه و پوشش کاربید تنگستنی می‌گردد.در بین پوشش‌ها نیز بوشش دارای 7 درصد گرافیت بهترین مقاومت سایشی را با توجه به همزمانی سختی مناسب، تخلخل کم و ضریب اصطکاک پایین دارا بود. مکانیزم سایشی پوشش‌ها نیز به کمک تصاویر SEM و آنالیز EDS مورد بررسی قرار گرفت. مشخص شد که مکانیزم غالب دو پوشش حاوی گرافیت ورقه‌ای و پوشش WC-10Co-4Cr چسبان بود و مهمترین دلیل افزایش خواص تریبولوژیکی پوشش‌ها در حضور گرافیت تشکیل لایه‌ای محافظ از این ذرات تقویتی در مسیر سایشی و اطراف پین بود.
One of the most widely used methods to Improving the surface resistance of industrial parts is applying composite coatings such as WC-10Co-4Cr. But this coating, despite its excellent corrosion resistance, does not have a good tribological behavior compared to other tungsten carbide base coatings. For this purpose, in this research, by adding graphite in two amounts of 7% and 14% by weight to WC-10C-4Cr powder and applying coatings by thermal spraying on the steel substrate, their tribological behavior was compared. Investigations were carried out with the help of SEM images, XRD test, roughness measurement and hardness measurement. Pin-on-disk test was also used to evaluate the wear resistance behavior of coatings and substrate. The results showed that despite the relative decrease in hardness and increase in the roughness of the tungsten carbide base coating, graphite leads to a significant improvement in the tribological behavior of the substrate and the tungsten carbide coating. Among the coatings, coating with 7% graphite It had the best wear resistance due to the combination of suitable hardness, low porosity and low friction coefficient. The wear mechanism of the coatings was also investigated with the help of SEM images and EDS analysis. It was found that the dominant mechanism of coatings containing graphite, dellamination and WC-10Co-4Cr coating was adhesive. The most important reason for increasing the tribological properties of coatings in the presence of graphite was the formation of a protective layer of these reinforcing particles in the wear path and around the pin.
[1] P. H. Shipway, F. D. McCartney & T. Sudaprasert, "Sliding wear behaviour of conventional and nanostructured HVOF sprayed WC–Co coatings", Wear, vol. 259, no. 7-12, pp. 820-827, 2005.
[2] L. P. Ward, B. Hinton, D. Gerrard & K. Short, "Corrosion behaviour of modified HVOF sprayed WC based cermet coatings on stainless steel", Journal of Minerals and Materials Characterization and Engineering, vol. 10, no. 11, pp. 989, 2011.
[3] V. Kumar & R. Verma, "Effect of GNP and laser-surface texturing on HVOF sprayed WC10Co4Cr coatings for high-wear resistance", Tribology International, vol. 178, pp. 108057, 2023.
[4] S. Somasundaram, B. R. Ramesh Bapu & R. Raj Jawahar, "Tribological characteristics of n-(GO/WC-10Co-4Cr) HVOF coatings under biolubricant conditions", Surface Engineering, vol. 37, no. 1, pp. 91-100, 2021.
[5] A. K. Maiti, N. Mukhopadhyay & R. Raman, "Effect of adding WC powder to the feedstock of WC–Co–Cr based HVOF coating and its impact on erosion and abrasion resistance", Surface and Coatings Technology, vol. 201, no. 18, pp. 7781-7788, 2007.
[6] K. Torkashvand, M. Gupta, S. Björklund, F. Marra, L. Baiamonte & S. Joshi "Influence of nozzle configuration and particle size on characteristics and sliding wear behaviour of HVAF-sprayed WC-CoCr coatings", Surface and Coatings Technology, vol. 423, pp. 127585, 2021.
[7] H. L. De Villiers Lovelock, "Powder/ processing/ structure relationships in WC-Co thermal spray coatings: a review of the published literature", Journal of thermal spray technology, vol. 7, pp. 357-373, 1998.
[8] K. H. Baik, J. H. Kim & B. G. Seong, "Improvements in hardness and wear resistance of thermally sprayed WC-Co nanocomposite coatings", Materials Science and Engineering: A, vol. 449, pp. 846-849, 2007.
[9] J. A. Picas, Y. Xiong, M. Punset, L. Ajdelsztajn, A. Forn & J. M. Schoenung, "Microstructure and wear resistance of WC–Co by three consolidation processing techniques", International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, vol. 27, no. 2, pp. 344-349, 2009.
[10] P. Komarov, D. Jech, S. Tkachenko, K. Slámečka, K. Dvořák & L. Čelko, "Wetting Behavior of Wear-Resistant WC-Co-Cr Cermet Coatings Produced by HVOF: The Role of Chemical Composition and Surface Roughness", Journal of Thermal Spray Technology, vol. 30, pp. 285-303, 2021.
[11] M. Ghorbani, M. Mazaheri & A. Afshar, "Wear and friction characteristics of electrodeposited graphite–bronze composite coatings", Surface and Coatings Technology, vol. 190, no. 1, pp. 32-38, 2005.
[12] M. A. El-Emam, L. Zhou, E. Yasser, L. Bai & W. Shi, "Computational methods of erosion wear in centrifugal pump: A state-of-the-art review", Archives of Computational Methods in Engineering, vol. 29, no. 6, pp. 3789-3814, 2022.