ایجاد ترکیبات بین فلزی Al -Fe بر فولاد با روش آسیابکاری و عملیات حرارتی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی مواد، موسسه آموزش عالی نقش جهان اصفهان

2 دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی اصفهان

چکیده

در این پژوهش از روش آسیابکاری مکانیکی، توسط دستگاه آسیاب پر انرژی گلوله­ای اسپکس (SPEX) برای ایجاد پوشش آلومینیوم بر روی سطح فولاد ساده کربنی (CK 45) استفاده شد. بدین منظور گلوله­های به قطر 4 میلی متر از جنس فولاد سخت بلبرینگ با مقدار وزنی 50 گرم، پودر آلومینیوم تجاری با درجه ی خلوص 99/99 درصد، با اندازه ی  ذرات کوچکتر از 150 میکرومتر و مقدار وزنی 5 گرم به همراه زیر لایه های فولاد ساده کربنی (CK 45) در ابعاد 8×8 میلی متر و به ضخامت 3 میلی متر در محفظه ی آسیاب ریخته شدند. آسیابکاری در زمان های مختلف بین 10 دقیقه تا 30 ساعت در دمای محیط انجام گردید، سپس نمونه­ها در زمان­های مختلف 2، 4، 6، 8، 10 و 30 ساعت در دمای ثابت 550 درجه ی سانتی گراد در شرایط خلاء تحت عملیات حرارتی قرار گرفتند تا نحوه ی تشکیل ترکیبات بین فلزی FeAl مشخص شوند و تاثیر زمان عملیات حرارتی بر خواص پوشش از قبیل چسبندگی، تغییرات فازی، ضخامت لایه­ی ترکیبات بین فلزی و سختی بررسی شد. به منظور مشخصه­یابی و بررسی مورفولوژی پوشش تولید شده، نمونه ها تحت آزمون­های پراش پرتوی ایکس (XRD)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، آنالیز عنصری نقطه­ای و خطی (EDS) و همچنین ریز سختی سنجی قرار گرفتند. نتایج بدست آمده نشان داد بهترین پوشش از نظر خواص ساختاری و یکنواختی سطح پس از 80 دقیقه آسیابکاری ایجاد می­شود. نتایج عملیات حرارتی در دمای ثابت 550 درجه ی سانتی گراد به مدت زمان 30 ساعت نشان داد، که فصل مشترکی میان پوشش آلومینیوم و زیر لایه ی فولادی تشکیل شده از مقدار ضخامت در حد 28 میکرومتر برخوردار است. همچنین آزمون ریز سختی سنجی بر روی نمونه های پوشش داده شده انجام شد و نتایج حاصل از آن نشان داد که پوشش پس از 80 دقیقه آسیابکاری، قبل از عملیات حرارتی دارای مقدار سختی پائین در حد 75 ویکرز بوده که بعد از انجام عملیات حرارتی به مدت زمان 30 ساعت، مقدار سختی پوشش در فصل مشترک Fe/Al به 471 ویکرز افزایش یافت که ناشی از تشکیل ترکیبات بین فلزی در فصل  مشترک پوشش/ زیرلایه است.

کلیدواژه‌ها


1. A.S. Wismogroho, W.B. Widayatno Suryadi, K.A. Zaini Thosin, N.T. Rochman, H. Sueyoshi, Iron Aliminids Coatingon Al by Mechanical Alloying, Surface Engineering,27(2011)126-133.

2. A.R. Marder, The Metallurgy of Zinc Coated Steel, Progress in Materials Science, 45( 2000) 191-271.

3. S.E. Aghili, M.H. Enayati, and F. Karimzadeh, Synthesis of Nanocrystalline (Fe,Cr)3 Al Powders

by Mechanical Alloying, Materials and Manufacturing process, 27(2012 467-471.

4. M.A. Morris, A. Dodge, D.G. and Morris, Structure Strenght and Toughness of Nanocrystalline Fe Al, Nanostructured Materials,11(1999)873-885.

5. N.S, Stoloff , Iron Aluminides, Present Status and Future Prospects, Materials Science and Engineering A, 258(1998)1-14.

6. G.J. Yang, H.T. Wany , Li, C. J, and Li, C. X, Effect of Annealing on the Microstructure and Erosion Performance of Cold Sprayed FeAl Intermetallic Coating, Surface and Coating Technology,205(2011)5502-5509.

7. B. Song, Sh. Dong, H Liao, and Ch Coddet , Microstructure and Wear Resistance of Fe Al/Al2O3 Iintermetallic Composite Coating prepared by Atmospheric PlasmaXspraying, Surface and Coating Technology, 268(2015)24-29.

8. V. Zadorozhnyy, S. Kaloshkin, E. Keavitser, S. Romankov, Coating of Metals With Intermetallics by Mechanical Alloying, Journal of Alloys and Compounds,509(2011)5507-5509.

9. S. Romankov, Y. Hayasaka, N. Hayashi, E. Kasai, S.V. Komariv, Effect to Anneling Treatment on the Structure and Properties of the Nanograined TiN Coatings Produced by Ultrasonic – Based Coating Process, Journal of Alloys and Compounds,495(2010)625-628.

10. S. Romankov, S.D. Kaloshkin, Y. Hayasaka, N. Hayashi, E. Kasai, S.v. Komariv, Effect of Process Parameters on the Formation of Ti-Al Coating Fabricated by Mechanical Alloying, Journal of Alloy and Compounds,484(2008)392-396.

11. A. Revesz, L. Takacs, Coating a Cu Plate with a Zr-Ti Powder Mixture Using Surface

by Using Mechanical Alloying, Surface and Coating Thechnology,217(2013)64-69.

12. Du, H, Wei, Y. Lin, W. Hou, L. .Z, One Way of Surface Alloying Treatment on Iron Surface Based on Surface Mechanical Attrition Treatment and heat Treatment, Applied Surface Science,255(2009)8660-8666.

13. M. Mohammadnezhad, M. Shamanian, M.H. Enayati, M. Salehi, In Fluence of Annealing Temperature on the Structure and Properties of the Nanograined NiAl Intermetallic Coating Produced Mechanical Attrition Treatment, Surface and Coating Technology,203(2009)3026-3031.

14. M. Mohammadnezhad, M. Shamanian, M.H. Enayati, M. Salehi,  and A. Hoseynian, Microstructures and Properties of NiAl-Tic Nanocomposite Coatings on Carbon Steel Surface Produced by Mechanical Alloying Technique,Surface and Coating Technology,238(2014)180-187.

15. Z. Zhan, T. He, D. Wang, W. Gao , Low-temperatur processing of Fe-Al Intermetallic Coating Assisted by Ball Milling, Intermetallics,14(2006)75-81.

16. D. Aryanto, A.S. Wismogroho, and T. Sudiro, Structure Evolution of Fe-50% Al Coating Prepared by Mechanical Alloying, Journal of Physics: Conferens Series,739(2016)012132.

17. S.E. Aghilli, M.H. Enayati, F. Karimzadeh, Synthesis of (Fe, Cr)3 Al-Al2O3 Nanocomposite Through Mechanochemical Combusition Reaction Induced by Ball Milling of Cr, Al and Fe2O3 Powders, Advanced Powders Technology,25(2014)408-414.

18. M. Mohammadnezhad, M. Shamanian, M.H. Enayati, Formation of Nanostructured NiAl Coating on Carbon Steel by Using Mechanical Alloying, Applied Surface Science,263(2012)730-736.

19. M.H. Enayati, F. Karimzadeh, and S.Z. Anvari, Synthesis of Nanocrystalline NiAl by Mechanical Alloying, Journal of Materials Processing Technology,200(2008)312-315.

20. A. Canakci, F. Erdemir, T. Varol, Serdar, Ozkaya,Formation of Fe-Al Intermetallic Coating on Low-Carbon Steel by a Novel Mechanical Alloying Technique, Powder Technology,247(2013)24-29.