ارزیابی رفتار سایشی، اکسیداسیون و خوردگی پوشش های سوپرآلیاژی پایه نیکل ایجاد شده به روش جوشکاری GTAW

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

گروه مواد دانشکده مکانیک-دانشگاه پدافند هوایی خاتم الانبیاء(ص)

چکیده

در این تحقیق، سه سوپرآلیاژ پایه نیکل کلمونوی 6، هستلوی 276C و اینکونل 625 توسط فرآیند GTAW بر روی فولاد زنگ‌نزن 310 پوشش‌دهی شدند. سختی‌سنجی به‌روش ویکرز، ارزیابی رفتار سایشی به‌روش پین بر روی دیسک و تشخیص مکانیزم سایش سطوح به‌کمک تصاویر SEM روی نمونه‌ها انجام گرفت. رفتار اکسیداسیون دما بالا تحت دمای 1050 درجه سانتی‌گراد در هشت سیکل 24 ساعته مطالعه شد. همچنین به منظور بررسی و مقایسه رفتار خوردگی نمونه‌ها، از آزمون پلاریزاسیون پتانسیودینامیک در محلول ترکیبی اسید سولفوریک و کلرید سدیم استفاده شد. نتایج سختی‌سنجی، سختی سطحی به مراتب بالاتر سوپرآلیاژهای پایه نیکل هستلوی276C (727 ویکرز) و کلمونوی 6 (612 ویکرز) در مقایسه با سوپرآلیاژ اینکونل 625 (338 ویکرز) و زیرلایه‌ی فولادی (217 ویکرز) را نشان داد. بهترین رفتار سایشی مربوط به پوشش هستلوی276C با ضریب اصطکاک 28/0 بود. همچنین بررسی‌های مورفولوژی سطوح سایش نمونه‌ها، تغییر مکانیزم سایش را از سایش ورقه‌ای به خراشان با اعمال پوشش‌های سوپرآلیاژ پایه نیکلی بر فولاد زنگ-نزن 310 نشان داد. در آزمون اکسیداسیون دما بالا، کمترین میزان افزایش وزن (2 mg/cm0.5) برای پوشش هستلوی276C محاسبه شد. آزمون خوردگی نیز نشان‌دهنده‌ی افزایش مقاومت به خوردگی فولاد زنگ‌نزن 310 با ایجاد پوشش‌ها بوده و بیشترین پتانسیل خوردگی(mV 9/119-) و کمترین دانسیته‌ی جریان خوردگی (µA.cm-2 14/0) برای پوشش هستلوی276C بدست آمد. در نهایت با در نظر گرفتن نتایج، به نظر می‌رسد که پوشش هستلوی276C به‌عنوان مطلوب‌ترین گزینه برای ایجاد بر روی فولاد زنگ‌نزن 310 جهت کاربرد در شرایط دما بالا باشد.

کلیدواژه‌ها


1. J. R. Davis, Nickel, cobalt, and their alloys, ASM international, (2000).
2. C. Sims, et al., High temperature materials for aerospace and industrial power, A Wiley-lnterscience Publication John Wiley and Sons, New York, (1987).
3. G. R Desale, et al., Erosion wear behavior of laser clad surfaces of low carbon austenitic steel, Wear, 266 (2009) 975-987.
4. D. Kotecki and J. Lippold, Welding metallurgy and weldability of stainless steels. Wiley, Hoboken, NJ Barbero B, Ureta E (2011) Comparative study of different digitization techniques and their accuracy. Comput Aided Des, 43 (2005) 188-206.
5. V. A. Shende, A study of the effect of metastability on the unlubricated sliding wear of austenitic stainless steels, Ohio State University, (1980).
6. F. Ostovan, E. Hasanzadeh, M. Toozandehjani, E. Shafiei, K. R. Jamaluddin and A. Amrin,  Microstructure, Hardness and Corrosion Behavior of Gas Tungsten Arc Welding Clad Inconel 625 Super Alloy over A517 Carbon Steel Using ERNiCrMo3 Filler Metal, Journal of Materials Engineering and Performance, 30 (2020) 10-16.
7. R. R. Phiri, O. P. Oladijo, N. Maledi and E. T. Akinlabi, Effect of Coating Thickness on Wear Performance of Inconel 625 coating, Materials Science and Engineering, 423 (2018) 1-5.
8. A. Evangeline and P. Sathiya, Structure–Property relationships of Inconel 625 Cladding on AISI 316L substrate produced by Hot Wire (HW) TIG metal deposition technique, Material Research Express, 6 (2019) 1-13.
9. C. Zhang, L. Zhang, Y. Cui, Q. Feng and C. Cheng, Effects of High-Temperature Aging on Precipitation and Corrosion Behavior of a Ni-Cr-Mo-Based Hastelloy C276 Superalloy, Journal of Materials Engineering and Performance, 29 (2020) 2026–2034.
10. D. Zhang, T. C. Lei, J. Zhang and J. Ouyang, The effects of heat treatment on microstructure and erosion properties of laser surface-clad Ni-base alloy, Surface and Coatings Technology, 115 (1999) 176-183.
11. Z. Qiu, B. Wu, H. Zhu, Z. Wang, A. Hellier, Y. Ma, H. Li, O. Muransky and D. Wexler, Microstructure and mechanical properties of wire arc additively manufactured Hastelloy C276 alloy, Materials and Design, 195 (2020) 1-12.
12. C. Huanga, Dry sliding wear behavior of laser clad TiVCrAlSi high entropy alloy coatings on Ti–6Al–4V substrate, Materials & Design, 41(2012) 338–343.
13. فغانی، غ.  و نوروزی، س.، ارتقای سختی آلیاژ هوایی تیتانیم Ti-6Al-4V با پوشش ایجاد شده به روش TIG، نشریه علوم و مهندسی سطح، 31 (1396) 106-93.
14. N. Alharbi and J. Stokes, Optimizing HVOF spray process parameters and post-heat treatment for Micro/Nano WC-12%Co, mixed with Inconel-625 Powders: A Critical Review, 32 International Manufacturing Conference, Belfast, (2015) 1-12.
15. J. R. Davis, Hardfacing, weld cladding, and dissimilar metal joining, ASM International, ASM Handbook., 6 (1993) 789-829.
16. C. R. Das, S. K. Albert, A. K. Bhaduri and G. Kempulraj, A novel procedure for fabrication of wear-resistant bushes for high-temperature application, Journal of Materials Processing Technology, 141 (2003) 60-66.
17. Z. M. Yang, Z. Naylor and D. Rigney, Sliding wear of 304 and 310 stainless steels, Wear, 105 (1985) 73-86.
18. J. Sullivan and S. Athwal, Mild wear of a low alloy steel at temperatures up to 500 C, Tribology International, 16 (1983) 123-131.
19. C. J. Liu and X. Sun, Oxidation behavior of a single-crystal Ni-base superalloy between 900 and 1000 C in air, Journal of alloys and compounds, 49 (2010) 522-526.
20. G. D. Yurek, D. Eisen and A. Garratt-Reed, Oxidation behavior of a fine-grained rapidly solidified 18-8 stainless steel, Metallurgical Transactions A, 13 (1982) 473-485.
21. C. A. Barret and C.E. Lowell, Comparison of isothermal and cyclic oxidation behavior of twenty-five commercial sheet alloys at 1150° C, Oxidation of Metals, 9 (1975) 307-355.
22. B. Wang, J. Gong, A. Y. Wang, C. Sun, R. F. Huang and L. S. Wen, Oxidation behaviour of NiCrAlY coatings on Ni-based superalloy, Surface and Coatings Technology, 149 (2002) 70-75.
23. صالح نژاد، س.، اکسیداسیون سوپرآلیاژهای پایه نیکلی مورد استفاده در پره­های ردیف اول توربین، سیزدهمین کنفرانس نیروگاه حرارتی، دانشگاه صنعتی امیر کبیر، (2011(.
24. J. H. Park, L. ChenK. C. GorettaR. E. Koritala and U. Balachandran, Oxidation of hastelloy C276, AIP Conference Proceedings, 614 (2002).
25. R. Leonard, Thermal stability of Hastelloy alloy C-276,  Corrosion, 52 (1969) 222-232.
26. H. C. Jang, F. Park and H. Kwon, Photoelectrochemical analysis on the passive film formed on Ni in pH 8.5 buffer solution, Electrochimica Acta, 50 (2005) 3503-3508.
27. N. Arivazhagan, S. Singh, S. Prakash and G. M. Reddy, Investigation on AISI 304 austenitic stainless steel to AISI 4140 low alloy steel dissimilar joints by gas tungsten arc, electron beam and friction weldin, Materials & Design, 35 (2011) 3036-3050.
28. A. U. Malik, S. Ahmad, I. Andijani and S. Al-Fouzan, Corrosion behavior of steels in Gulf seawater environment,  Desalination, 123 (1999) 205-213.
29. Q. Zhang, R. Tang, K. Yin, X. Luo and L. Zhang, Corrosion behavior of Hastelloy C-276 in supercritical water, Corrosion Science, 51 (2009) 2092-2097.