بهبود خصوصیات سطح آلیاژ Ti64 در حضور نانو ذرات زیرکونیا با استفاده از جوشکاری TIG

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی متالورژی و مواد، دانشکده فنی مهندسی، گروه مهندسی متالورژی و مواد، دانشکده فنی مهندسی

2 مرکز تحقیقات مواد پیشرفته، دانشکده مهندسی مواد، واحد نجف آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف آباد، ایران

3 گروه مکانیک، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران

چکیده

در این تحقیق از پوشش نانو ذرات زیرکونیا با ضخامت­های مختلف بر روی سطح ورق Ti-6Al-4V به منظور عملیات ذوب سطحی جهت افزایش سختی و مقاومت به سایش، با استفاده از جوشکاری  TIGبدون فلز پرکننده استفاده شده است. بعد از عملیات ذوب سطحی در حضور نانو ذرات زیرکونیا، عمق لایه ذوب شده سطحی و سختی نواحی مختلف اندازه­گیری شده است. همچنین با استفاده از میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ SEM، ریز ساختار نواحی مختلف ذوب شده سطحی را بررسی نموده و برای مشخص نمودن حضور نانو ذرات در ناحیه ذوب شده از آنالیز عنصریEDS  و از الگوی پراش پرتو ایکس (XRD) برای شناسایی فازهای تشکیل شده در نمونه­های ناشی از عملیات ذوب سطحی استفاده شده است. نانو ذرات به عمقی از سطح ذوب شده نفوذ کرده و منجر به ایجاد ساختار سوزنی شکل و درهمبافته گردیده است. علت تشکیل این ساختار را می­توان حضور ذرات نانو در حین عملیات ذوب سطحی و تشکیل مراکز جوانه­زا جهت ایجاد جوانه­های مناسب در مکان های مناسب دانست. نانو ذرات اعمال شده بر سطح با مکانیزم تغییر گرادیان کشش سطحی، موجب افزایش نفوذ لایه ذوب شده سطحی گردیده است. بیشترین سختی در نمونه­هایی که بالاترین مقدار نانو ذرات را دارد، حاصل شده است. سختی این نمونه­ها نسبت به فلز پایه5/2 برابر شده است. با ثابت در نظر گرفتن پارامترهای جوشکاری و افزایش نانو ذرات زیرکونیا، عمق ناحیه ذوب شده بیشتر و همچنین سختی منطقه ذوب شده نسبت به فلز پایه افزایش یافته است.

کلیدواژه‌ها


1. M. Geetha, A. K. Singh, R. Asokamani, A. K. Gogia, Ti based biomaterials, the ultimate choice for orthopaedic implants – A review, Progress in Materials Science, 54 (2009) 397–425.
2. P. Danahy, Controlled modification of titanium surface, Phd thesis, Princeton University, November, (2004).
3. R. Boyer, R. Attributes, characteristics, and applications of titanium and its alloys, Journal of Materials, Vol. 62, No. 5, (2010) 21-24.
4. R. Khanna, T. Kokubo and etc, Fabrication of dense α-alumina layer on Ti-6Al-4V alloy hybrid for bearing surfaces of artificial hip joint, Materials Science and Engineering C 69 (2016) 1229–1239.
5. N.S. Manam , W.S.W. Harun, D.N.A. Shri, S.A.C. Ghani,T. Kurniawan, M.H. Ismail, M.H.I. Ibrahim. Study of corrosion in biocompatible metals for implants: A review. Journal of Alloys and Compounds 701 (2017) 698e715.
6. افخمی. شهریار، حلوایی. ایوب، آلیاژهای مقاوم به حرارت ، انتشارات نوربخش،  (1395 )30-37.
7. C. Liu, Q. Bi, A. Mahews, Tribological and electrochemical performance of PVD TiN coatings on the femoral head of Ti-6Al-4V artificial hip joints, surface and coatings technology,(2003) 597-604.
8. F. S. Smithers and company , Titanum The Industry, Its Future, Its Equies, (1957)  33-67.
9. M. Jayabalan, V. Balurbramanian, Effect of pulsed gas tangestan arc welding on corrosion behavior of Ti-6Al-4V Titanium alloy, Materials and Design, in press, (2007).
10. H. B. Bomberger, F. H.Froes, and P. H. Morton, Titanum A Historical Prespective, in Titanum Technology, ( 1985) 3-17.
11. S. Katayama, A. Matsunawa, A. Morimoto, S. Ishimoto, Y. Arata, Surface hardening of titanium by laser nitriding, Jom-J Mineral Met Mater Soc, (1983)35-85.
12. H. Xin, S. Mridha, TN. Baker, The effect of laser surface nitriding with a spinning laser beam on the wear resistance of commercial purity Titanium, J Mater Sci, 31(1996) 22–30.
13. R. Arabi Jeshvaghani, M. Shamanian, M.Jaberzadeh, Enhancemen of wear resistance of ductile iron surface alloyed by stellite, 6. Mater Des, (2011) 32:20283.
14. Y. Lin, S. Wang, Wu KE, The wear behaviour of machine tool guideways clad with W–Ni, W–Co and W–Cu using gas tungsten arc welding, Surf Coat Technol, 172 (2003) 158–65.
15. L.Yuan Ching, S. Wang Wei, L. Yu Chang, Analysis of microstructure and wear performance of W-C–Ti clad layers on steel, produced by gas tungsten arc welding, Surf Coat Technol,(2005)8–13.
16. AWS Safety &Health Fact Sheet, Thoriated Tungsten Electrodes, No. 27, American Welding Society, USA, (2003).
17. M. Aghakhani, M. Ghaderi, R. Eslampanah, and S. Farzamnia., Prediction of bead width in submerged arc welding process using TiO2 by logic, shiraz,s.n. (2012).
18. S.Kou, Welding Metallurgy, New Jersy, John Wiley and Sons, (2003).
19. K. Hung Tseng, Performance of activated TIG process in austenitic stainless steel welds, Journal of Materials Processing Technology, (2011).
20. A.Kumar Singh, V. Dey, R. Naresh Rai, Techniques to improve weld penetration in TIG welding (A review), Materials Today: Proceedings 4 (2017) 1252–1259. 
21. S. Lu, H. Fujii, H. Sugiyama, M .Tanaka,., and K. Nogi, Weld Penetration and Marangoni Convection with Oxide Fluxes in GTA Welding, Vol. 43, No. 11, (2002)2926–2931.
22. R.Pederson, Microstructure and Phase Transformation of Ti–6Al–4V, Licentiate Thesis, Lulea University of Technology, (2002).
23. M. Aghakhani1, M. R. Ghaderi1, M. Mahdipour Jalilian1, and A. Derakhshan, Predicting the combined effect of TiO2 nano-particles and welding input parameters on the hardness of melted zone in submerged arc welding by fuzzy logic, Journal of Mechanical Science and Technology, 27(7)(2013) 2107-2113.
24. M. Aghakhani, M. R. Ghaderi, A. Karami, A. A. Derakhshan, Combined effect of TiO2 nanoparticles and input welding parameters on the weld bead penetration in submerged arc welding process using fuzzy logic, Int J Adv Manuf Technol, (2014) 70:63–72.