سنتز، ارزیابی خواص و سازوکار جدایش پوشش کربونیترید تیتانیم ایجاد‌شده روی سطح آلیاژ Ti-6Al-4V به روش نیتروژن-کربن دهی محفظه ای

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

گروه مهندسی مواد، دانشگاه سیستان و بلوچستان

چکیده

در این پژوهش پوشش کربونیترید تیتانیم روی سطح آلیاژ Ti-6Al-4V به­روش نیتروژن-کربن­دهی نشانده شد و سازوکار جدایش پوشش از زیرلایه مورد بررسی قرار گرفت. به این ­منظور نمونه ­های مکعبی از آلیاژ مد­نظر درون محفظه حاوی گرافیت جاسازی شد و  مجموعه درون کوره تیوبی حاوی گاز نیتروژن قرار گرفت. پس از سنتز پوشش در دماهای1200 تا 1400 سانتی­گراد و زمان­ های 20، 40 و 60 دقیقه، بررسی­های ساختاری با استفاده از پراش ­سنج اشعه ایکس و رامان و ریزساختاری با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی مجهز به طیف­ سنج تفکیک انرژی (EDS) انجام شد. همچنین، تاثیر حضور پوشش بر مقاومت به خوردگی آلیاژ در محلول آبی حاوی 2/5 مول اسید کلریدریک، 2/3 مول اسید نیتریک و2/3 مول اسید فلوریدریک بررسی شد. نتایج نشان داد بیش­ترین ضخامت پوشش کربونیترید تیتانیم ایجاد­شده در دمای 1400 سانتی­گراد و زمان 60 دقیقه در حدود ۵۰ میکرومتر بود. با افزایش دمای سنتز احتمال جدایش پوشش از زمینه بیش­تر شد که این پدیده به حضور لایه غنی از آلومینیوم در فصل­ مشترک پوشش و زیرلایه و در نتیجه تشکیل فازهای ترد مانند Ti3Al و همچنین اختلاف ضریب انبساط حراراتی پوشش و زیرلایه مرتبط بود. نتایج آزمون خوردگی نشان داد که تشکیل لایه کربونیترید تیتانیم سبب کاهش سرعت خوردگی آلیاژ Ti-6Al-4V از g.m-2.min-1130 برای نمونه بدون پوشش به حدود g.m-2.min-110 شد.

کلیدواژه‌ها


[1] M. Buciumeanu, A. Bagheri, N. Shamsaei, et al., Tribocorrosion behavior of additive manufactured Ti-6Al-4V biomedical alloy, Tribology International, 119 (2018) 381-388.

[2] J. Dai, N. Zhang, A. Wang, H. Zhang, C. Chen, Microstructure and high temperature oxidation behavior of Ti-Al-Nb-Si coatings on Ti-6Al-4V alloy, Journal of Alloys and Compounds, 765 (2018) 46-57.

[3] T. S. Kim, Y.G. Park, M.Y. Wey, Characterization of Ti–6Al–4V alloy modified by plasma carburizing process, Journal of Materials Science and Engineering A, 361 (2003) 275–280.
[4] A.F. Yetim, F. Yildiz, Y. Vangolu, A. Alsaran, A. Celik, Several plasma diffusion processes for improving wear properties of Ti6Al4V alloy, Wear, 267 (2009) 2179–2185.
[5] F. Oukati Sadeq, M. Sharifitabar, M. Shafiee Afarani, Synthesis of Ti–Si–Al coatings on the surface of Ti–6Al–4V alloy via hot dip siliconizing route, Surface and Coatings Technology, 337 (2018) 349-356.
[6] B.S. Yilbas, S. Akhtar, B.J. Abdul Aleem, C. Karatas, 5. Laser gas-assisted processing of carbon coated and TiC embedded Ti–6Al–4V alloy surface, Applied Surface Science, 257 (2010) 531–537.

[7] M. Shafiee Afarani, S. Khorshahian, M. Sharifitabar, Synthesis of Ti(C, N) ceramic layer on surface of Ti–6Al–4V alloy via pack nitro-carburizing route, Surface and Coatings Technology, 219 (2013) 94-100.

[8] K. Matsuura, M. Kudoh, Surface modification of titanium by a diffusional carbonitriding method, Acta Materialia, 50 (2002) 2693–2700.

[9] L. Escobar-Alarcon, V. Medina, E. Camps, S. Romero, M. Fernandez, D. Solis-Casados, Microstructural characterization of Ti–C–N thin films prepared by reactive crossed beam pulsed laser deposition, Applied Surface Science, 257 (2011) 9033–9037.

[10] I. Dreiling, A. Haug, H. Holzschuh, T. Chassé, Raman spectroscopy as a tool to study cubic Ti–C–N CVD coatings, Surface and Coatings Technology, 204 (2009) 1008 – 1012

[11] A. Zhecheva, W. Sha, S. Malinov, A. Long, Enhancing the microstructure and properties of titanium alloys through nitriding and other surface engineering methods, Surface and Coatings Technology, 200 (2005) 2192 – 2207.

[12] Reaction web, http://www.crct.polymtl.ca/reacweb.htm, Fact-Sage, 2018

[13] G. Effenberg, S. Ilyenko, Al-Ti-V (Aluminium - Titanium - Vanadium), Landolt-Börnstein - Group IV Physical Chemistry (Numerical Data and Functional Relationships in Science and Technology), Springer, Berlin, Heidelberg, 11A4 (2012) 26-53.

[14] B. Dimčić M. Vilotijević, et al., Microstructural and Mechanical Properties of Ti3Al-Based Intermetallics Produced by Powder Metallurgy, Materials Science Forum, 494 (2005) 211-216.

[15] Y. Sakka, H. Okuyama, T. Uchikoshi, S. Ohno, Synthesis and characterization of Fe and composite Fe–TiN nanoparticles by DC arc-plasma, Journal of Alloys and Compounds, 346 (2002) 285–291.

[16] رحیمی پور محمد­­رضا، رفتار سایشی کا3.مپوزیت­های با زمینه چدن و فولاد، علوم و مهندسی سطح، 9(1389)43-