بررسی تأثیر پارامترهای پوشش‌دهی فرآیند HVOF بر روی کیفیت و خواص سایشی پوشش کاربید تنگستن ایجاد شده روی فولاد 4130

محورهای موضوعی : روش ها و فرآیندهای نوین در تولید

جواد انصاری ¹ , امیرحسین مغنیان ² , مرتضی ثقفی یزدی ³

1 - کارشناسی ارشد مهندسی مواد، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه بین‌المللی امام خمینی (ره)، قزوین، ایران.
2 - استادیار گروه مهندسی مواد، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه بین‌المللی امام خمینی (ره)، قزوین، ایران.
3 - استادیار گروه مهندسی مواد، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه بین‌المللی امام خمینی (ره)، قزوین، ایران.

تاریخ دریافت : 1400/04/25 تاریخ پذیرش : 1400/09/01 تاریخ انتشار : 1401/04/01

کلید واژه: سایش, میکروسختی, پوشش‌دهی, کاربید تنگستن, روش HVOF,

چکیده مقاله :

در این مطالعه، ریزساختار پوشش های کاربید تنگستن ایجاد شده به روش فرآیند سوخت اکسیژنی با سرعت‌بالا (HVOF) بر روی فولاد 4130 در شدت های پاشش متفاوت در محدوده 5/6 تا Bar 2/7 و مقدار پودر مصرفی 60 تا gr/min80 مورد بررسی قرار گرفت. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) نشان داد که با انتخاب پارامترهای مناسب فرآیند پوشش دهی، می توان میزان تخلخل های ایجاد شده و توزیع یکنواخت تر آن ها را در کل سطح پوشش، تعیین کرد. نتایج حاصل از پراش پرتوایکس (XRD)، حضور کاربیدهای WC و W6C2.54 در نمونه های پوشش داده شده را تأیید کرد. با افزایش مقدار پودر تزریقی از 60 به gr/min80 به دلیل عدم زمان لازم برای ذوب کامل ذرات کاربید تنگستن و در نتیجه عدم توزیع یکنواخت ذرات پوشش بر روی زیرلایه، سختی پوشش ها به دلیل ایجاد میزان تخلخل های بیشتر کاهش پیدا می کند. نتایج حاصل از آزمون سایش نشان داد که پوشش های اعمالی در تمامی شرایط نسبت به نمونه کنترل، مقاومت به سایش بالاتری از خود نشان می دهند. با مشخصه یابی و مطالعه ی تمامی نتایج، این نکته حاصل می گردد که سرعت پاشش در فرآیند HVOF، تأثیرگذارتر از مقدار پودرهای مصرفی است. نتایج نشان داد که مکانیزم سایش پوشش W2، ترکیبی از مکانیزم سایش دو جسمی و سه جسمی، سایش خستگی و سایش چسبان می‌باشد، این در حالی است که مکانیزم غالب، سایش خراشان دو جسمی است. نهایتاً پوشش ایجاد شده توسط فرآیند HVOF با شدت پاشش Bar 2/7 و مقدار پودر مصرفی g/min72 (W2) به‌عنوان نمونه بهینه در بین تمامی پوشش ها، ازنظر بهترین مقاومت به سایش معرفی می گردد.

چکیده انگلیسی:

Previous studies have shown that thermal spraying methods on steels have extensive applications in various industries to increase high-quality wear-resistance coatings. One of these coatings, which is important in diverse industries and has been studied, is tungsten carbide. One of the methods of coating is the high-velocity oxygen fuel (HVOF) process. Scanning electron microscopy (SEM) was used to examine the microstructure of the coatings and also by examining SEM images from the lateral surface of the coated sample, the thickness and quality of the coating were examined. Additionally, X-ray diffraction (XRD) was used to determine the formed phases before and after the coating process and the results of the presence of WC and W6C2.54 carbides were confirmed.The wear test results showed that coated samples demonstrated higher wear resistance than the sample without coating (control). Meanwhile, the sample with spraying pressure of 7.2 Bar and a feeding powder rate of 72 g/min (W2) exhibited the best wear resistance among other coatings due to the more uniform distribution of tungsten carbide (WC) and less porosity. As a result, it was obtained that the spraying pressure in the process of HVOF process was more effective than the feeding rate of coating powders and a sample with the spray pressure of 7.2 Bar and powders feeding rate of 72 g/min (W2) was introduced as the optimal sample among all coatings with the highest abrasion wear resistance.

منابع و مأخذ:

[1] م. طاهری، م. ح. سهی، م. قدمی، "پاشش حرارتی: ویژگی­ها و کاربردها"، دانشگاه صنایع و معادن ایران، تهران، 1387.

 

[2] K. Seiji, "Warm spraying-a novel coating process based on high-velocity impact of solid particles", Sci. Technol. Adv. Mater, 2008.

 

[3] م. طهری، "بهینه­سازی پارامترهای پاشش حرارت HVOF، برای بهبود مقاومت به اکسیداسیون پوشش MCrAlY توسط روش سطح پاسخ"، مجله فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، شماره 3، صفحه 73-85، پاییز 1396.

 

[3] K. O. Méndez-Medrano & et al, "Microstructure and Properties Characterization of WC-Co-Cr Thermal Spray Coatings", Journal of Minerals and Materials Characterization and Engineering, pp. 428-497. 2018.

 

 

 

[4] H. Wang & et al. "Sliding wear resistance enhancement by controlling W₂C precipitation in HVOF sprayed WC-based cermet coating," Surface and Coatings Technology, vol. 387, pp. 125533, 2020.

 

[5] Q. Wang & et al. "The parameters optimization and abrasion wear mechanism of liquid fuel HVOF sprayed bimodal WC–12Co coating", Surface and coatings technology, pp. 2231-2241, 2012.

 

[7] س. شریف حسن، ض. والفی، س. ح. حسینی و ک. جعفرزاده، "اثر فاصله پاشش و نرخ تغذیه پودر در فرآیند HVOF بر رفتار خوردگی داغ پوشش­های NiCrAlY"، مجله فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، شماره 3، صفحه 33-43، پاییز 1389.

 

[8] ع. ا. قادی، ح. ثقفیان و م. سلطانیه، "بررسی تأثیر زیرلایه فولادی در تشکیل پوشش­های کاربیدی کروم و وانادیم با روش نفوذ فعال حرارتی"، مجله فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، صفحه 119-129، شماره 2 - تابستان 1397.

 

[9] K. Holmberg & et al, "Tribological contact analysis of a rigid ball sliding on a hard coated surface: Part II: Material deformations, influence of coating thickness and Young's modulus", Surface and Coatings Technology, vol. 200, pp. 3810-3823, 2006.

 

[10] G. Bolelli, L. Lusvarghi & M. Barletta, "HVOF-sprayed WC–CoCr coatings on Al alloy: effect of the coating thickness on the tribological properties", Wear, vol. 267, pp. 944-953, 2009.

 

[11] C. J. Li & A. Ohmori, "Relationships between the microstructure and properties of thermally sprayed deposits", Journal of thermal spray technology, vol. 11, pp. 365-374, 2002.

 

[12] M. Capp & J. Rigsbee, "Laser processing of plasma-sprayed coatings", Materials Science and Engineering, vol. 62, pp. 49-56, 1984.

 

[13] A. Stewart, P. H. Shipway & D. G. McCartney, "Surface and Coatings Technology", vol. 105, pp. 13-24, 1998.

 

[14] S. K. Asl, M. H. Sohi, K. Hokamoto & M. Uemura, "Effect of heat treatment on wear behavior of HVOF thermally sprayed WC-Co coatings," Wear vol. 260, pp. 1203-1208, 2006.

 

[15] K. Dejun & S. Tianyuan, "Wear behaviors of HVOF sprayed WC-12Co coatings by laser remelting under lubricated condition", Optics & Laser Technology, vol. 89, pp. 86-91, 2017.

[16] E. Celik, O. Culha, B. Uyulgan, N. A. Azem, I. Ozdemir & A. Turk, "Assessment of microstructural and mechanical properties of HVOF sprayed WC-based cermet coatings for a roller cylinder", Surface and Coatings Technology, vol. 200, no. 14-15, pp. 4320-4328, 2006.

 

[17] M. M. De Oliveira, H. L. Costa, W. M. Silva & J. D. B. De Mello, "Effect of iron oxide debris on the reciprocating sliding wear of tool steels", Wear, vol. 426-427, pp. 1065-1075, 2019.

 

[18] A. C. Bozzi & J. D. B. de Mello, "Wear resistance and wear mechanisms of WC–12%Co thermal sprayed coatings in three-body abrasion", Wear, vol. 233-235, pp. 575-587, 1999.

 

[19] Y. Qiao, Y. Liu & T. E. Fischer, "Sliding and abrasive wear resistance of thermal-sprayed WC-CO coatings", Journal of Thermal Spray Technology, vol. 10, no. 1, pp. 118-125, 2001.

 

[20] N. Axén, S. Jacobson & S. Hogmark, "Influence of hardness of the counterbody in three-body abrasive wear-an overlooked hardness effect", Tribology International, vol. 27, pp. 233-241, 1994.

 

[21] L. Fan, Y. Dong, H. Chen, L. Dong & Y. Yin, "Wear Properties of Plasma Transferred Arc Fe-based Coatings Reinforced by Spherical WC Particles", Journal of Wuhan University of Technology-Mater. Sci. Ed, vol. 34, pp. 433-439, 2019.