علىم ومهندسی سطح 42)4932( 44-4 (5Al)-Al 2 O 3 - ایجاد و مطخصهیابی ساختاری پوضص مزکب بهروش پاضص پالسمایی سیذ محمذ مسلمی سیذ رحمان حسینی و سعیذرضا بخطی دا کذ ه ذػی ه اد دا گا ك سی هالکاؿسش ( دریافت مقاله : -93/06/22 پذیزش مقاله : )94/01/25 چکیذه ذف اص ایي هقال ایجاد هخل یاتی ػاخساسی خ ؿؾ هشکة (5Al)-Al 2 O 3 - ت سؽ خاؿؾ خالػوایی ازوؼفشی (APS) سی صیشالی ف الدی CK45 اػر. ت ویي ه س ه اد خ دسی تا زشکیة 60(5Al)-25Al 2 O 3-60(5Al)-35Al 2 O 3-5 60(5Al)-40Al 2 O 3 15 )دسكذ ص ی( ت سؽ آػیابکاسی هکا یکی آهاد ػاصی ؿذ. فشآی ذ خککشدى خاؿی تشای افضایؾ یک اخسی چگالی کشیکشدى رساذ خ دس ا جام گشفر. ولیاذ خاؿؾ تا اػسفاد اص دػسگا خاؿؾ خالػوایی هج ض ت زف گ هذل PS50 دس فاكل 100 هیلیهسش جشیاى 350 آهدش لساط 35 کیل لر ا جام ؿذ. هخل یاتی خ دس خ ؿؾ ت ػیل خشاؽػ ج خشز ایکغ (XRD) هیکشػک ج الکسش ی ستی (SEM) آصه ى ای ؿاسؽ خ دس صتشیػ جی ك سذ گشفر. ػیالیر خ دس ت سؽ آصه ى ؿاسؽ تش اػاع خشج خ دس کل خ ؿذ اص ه فز خشجی ػیالىػ ج ال ا جام ؿذ. ت ه س تشسػی صتشی صیشالی اثشاذ ایجاد خ ؿؾ هشکة تش صتشی هس ػي ػ ح آصه ى صتشیػ جی ت سؽ زواػی تا آؿکاسػاص فشاك زی ا جام گشفر. سایج حاكل اص صتشیػ جی اى داد تا افضایؾ هیضاى صتشی هس ػي خ ؿؾ اص 5/95 ت 4/08 هیکشهسش کا ؾ یافر. تا ز ج ت سایج XRD فاص زشد Al 2 O 4 دس خ ؿؾ تذى ساىکاس ؼثر ت خ ؿؾ ای ساىکاس تیؾزش زکیل هیؿ د. ػاخساس هشکة خ دس فلل هسشک ای هیکشهسشی ػثة زشکیة یکل گ گشد ؿذ. تا ز ج ت سایج هیز اى تیاى کشد ایجاد خ ؿؾ هشکة (5Al)-Al 2 O 3 - ت وشا هقادیش هخسلف ساىکاس ت سؽ APS اهکاىخزیش اػر. واژههای کلیذی: خ ؿؾ هشکة Al 2 O 4 Al 2 O 3 (5Al) خاؿؾ خالػوایی. Deposition and structural characterization of plasma sprayed (5Al)-Al 2 O 3 - composite coating S. M. Moslemi, S. R. Hosseini and S. R. Bakhshi Materials Engineering Department, Malek-Ashtar University of Technology (Received 13 September 2014, accepted 14 April 2015) Abstract The purpose of this article of depositing and structural characterization of (5Al)-Al 2 O 3 - composite coating on the CK45 substrate by atmospheric plasma spray process. For this purpose, Powdering materials by combining the 60%(5Al)- 40%Al 2 O 3, 60%(5Al)-35%Al 2 O 3-5% and 60%(5Al)-25%Al 2 O 3-5% (wt%) were prepared by mechanical working mill. The spray dryer process was performed to increase the uniformity of density and granulation of the powder particles. Spraying operation by a plasma spray with gun equipped model PS50 at a distance of 100 mm, a current of 350 A and a voltage of 35 kv was done. The powder and coated surface were characterized by x-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), roughness and powder flow tests. Fluidity of powder was investigated by powder flow test according to Agglomerated powder exit from outlet of Hall flow meter. In order to investigate the substrate roughness and the effect of depositing composite coating on the average substrate roughness, roughness test with ultrasonic detector by contact method was performed. The results of the roughness test showed that with the increasing amount of, average coating roughness was reduced from 5.95 to 4.08 μm. According to the results of XRD, brittle Al 2 O 4 phase in the coating without lubricant compared to lubricant coatings the more was formed. Composite powder structure and micrometer interfaces were led to the combination of and S. According to the results can be expressed that depositing of (5Al)-Al 2 O 3 - composite coating with different amounts of lubricant by APS method is possible. Keywords: composite coating,, (5Al), Al 2 O 3, Al 2 O 4, plasma spray. E-mail of corresponding author: Mohammad.moslemi66@yahoo.com.
2 مسلمی و همکاران ایجاد و مطخصهیابی ساختاری پوضص مزکب (5Al)-Al 2 O 3 - علوم ومهنذسی سطح 24)1394( مقذمه خ ؿؾ ای هشکة تا خ اف زشیث ل طیکی ه اػة هیز ا ذ یاص ك ای هخسلف سا دس ه اسدی ک هقاهر دس تشاتش ػایؾ ػخسی تاال هشیة اك کاک خاییي هذ ش اػر زأهیي ک ذ. زج یضاذ فلضی ت کاسسفس دس فوا و ها ت دلیل ؿشایي هسغیش هحی ی ها ذ دها خالء فاس حاکن ت ػش ر اص تیي هیس ذ ]1[. تا ز ج ت ا ویر ایي زج یضاذ ایيک ز ویش ز ین ایي ق اذ ت ساحسی اهکاىخزیش یؼر اػسفاد اص خ ؿؾ ای هشکة تا ولکشد تاال ز اى ز ثیقخزیشی تا ؿشایي هحی ی ه سد قشاس گشفس ز ج صیادی دس صهی خ ؿؾ ای اػر. دس ػال ای اخیش تشسػی ای ساىکاس تا خ اف هشکة زشیث ل طیکی ه اػة ا جام گشفس اػر. حو س زشکیة خ دساىکاس جاهذ دس خ ؿؾ هشکة ػثة افضایؾ ساىکاسی کا ؾ هشیة اك کاک هیؿ د. ایي زشکیة یک ساىکاس جاهذ تا ػاخساس الی ای چیذهاى 1 ػا ذیچی ؿاهل اػر. الیي تاس دس د 1960 خ ؿؾ ای دس کاستشد ای افوایی ه سد اػسفاد قشاس گشفر ]2[. خاكیر ساىکاسی زشکیة ػاخساس الی ای لغضؽ اػر. اص ساىکاس ای جاهذ دس ه ا قی های کاسایی ذاؿس تاؿ ذ زواع هحذد ز كی هیؿ د ]3[. زشکیة -5wt%Al اؿی اص آػاى ا فشادی كفحاذ تل سی ک ساىکاس ای یا دس کاستشد ایی تا چشخ ت ه س افضایؾ ػخسی چؼث ذگی خ ؿؾ ت صیشالی دس خ ؿؾ ای هشکة ت کاس هیسد. ایي زشکیة تشای کاستشد ای دهای تاال تؼیاس ه اػة اػر. اص خ اف دیگش ایي زشکیة هیز اى هقاهر ت خ سدگی دا هقاهر ػایی ه اػة چگالی خاییي ق رب تاال اػسحکام ه اػة الی ( سا رکش کشد ]4[. زشکیة ضی ز لیذ کن )تؼس -5wt%Al ت ه اد داسای قاى ه فی ها ذ چکؾخ اسی هقاهر ت خضؽ خاییي اػر ]5[. دس ایي زشکیة آل هی ین ت ك سذ سکؾ فلضی سی فاص قشاس داسد. دس اثش حشاسذ تاال حیي فشآی ذ خاؿؾ حشاسزی اک ؾ گشهاصا سی ػ ح صیشالی سخ هید ذ. ایي اک ؾ ه جة ایجاد خی ذ ای ق ای هسال سطیکی هیؿ د. سؽ خاؿؾ خالػوایی نصهاى تا سؿذ ج ؿکاسی س یافر ت زذسیج ت ث د خیذا کشد. الیي ػاها خ ؿؾ خالػوایی ز ػي سیهک دس ػال 1939 اسای ؿذ ]6[. ه نزشیي تشزشی خاؿؾ خالػوایی ؼثر ت فشآی ذ خاؿؾ ؿ ل ای دهای تاالزش هؼسقلت دى ػاها زغزی اص ه ث حشاسزی اػر. گؼسشؽ اػسفاد اص سؽ خاؿؾ حشاسزی دس د 1970 هش ى اسای خ ؿؾد ی خالػوایی ت د ک تا افضایؾ قاتل ز ج ػش ر خشزاب رساذ ت ػ ح وشا ت د اػر ]7[. خ ؿؾ ای هشکة خ اف هکا یکی تاالیی داؿس کاسایی آى ا دس ش د هحیي صهی ی فوایی قاتل ز ج اػر. دس گزؿس خ ؿؾ ای ساىکاس فقي دس کاستشد ایی تا چشخ کن کاستشی داؿس ذ. دس ػال ای اخیش زحقیقاذ گؼسشد ای سی زشکیة ت اى ساىکاس جاهذ حو س ایي زشکیة دس خ ؿؾ ای هشکة ا جام گشفس اػر. دس اداه ت چ ذ ه سد اص آخشیي زحقیقاذ ك سذ گشفس اؿاس هیؿ د. اص ػال 1994 ت س گؼسشد زشی زحقیقازی سی سات تیي فشآی ذ سیضػاخساس ا جام ؿذ ]1[. آصه ى ای هکا یکی اى داد ک خ ؿؾ ساىکاس جاهذ هیز ا ذ دس چشخ ای ال یزش جایگضیي ساىکاس های ؿ د. ساىکاس ای جاهذ ؼثر ت ساىکاس ای های داسای فاس تخاس خاییيزش خ اف ساىکاسی هشصی ت سش دهای کاستشی ػی زش ؼس ذ. تشسػی اثش زکیل هخل یاتی خ دساىکاس سی آل هی ین آ ذایضؿذ ک دس ػال 1997 ا جام ؿذ اى داد ک حو س ساىکاس تا ث کا ؾ شخ ػایؾ خ ا ذ ؿذ ]8[. دس خظ ؾ دیگشی سفساس خ سدگی خ ؿؾ ای خاؿؾ خالػوایی دس ػال 2005 ه سد تشسػی قشاس گشفر ]9[. خاؿؾ خالػوایی سؽ ه اػثی 1- stacking sandwiches
3 مسلمی و همکاران ایجاد و مطخصهیابی ساختاری پوضص مزکب (5Al)-Al 2 O 3 - علوم و مهنذسی سطح 24)1394( تشای سػ بد ی خ ؿؾ ای ػشاهیکی ػشهسی خ دس ای فلضی اػر. هیضاى هقاهر خ سدگی ت ؿذذ ت هیضاى زخلخل خ ؿؾ تؼسگی داسد. هقاهر خ سدگی خ ؿؾ ا تا کا ؾ هیضاى زخلخل افضایؾ هییاتذ. تشسػی خی ذدادى زشکیة Al/Al 2 O 3 دس ػال 2010 ا جام ؿذ ]10[. دس هقادیش ت ػیل حشاسذدادى القایی کوسش اص Al 2 O 3 10 دسكذ ص ی تا افضایؾ هیضاى Al 2 O 3 هیضاى ػخسی افضایؾ هییاتذ. دس هقادیش تاالزش اص 10 دسكذ ص ی تا افضایؾ هیضاى Al 2 O 3 زشکیة اه ل ب 2 Al 3 هیؿ د ک تا ث افر ػخسی خ ا ذ ؿذ. خ ؿؾ ای چ ذالی خی ذی Al زکیل تشسػی ک ت سؽ ای هخسلف خاؿؾ حشاسزی سی ف الد 4130 ز ػي ؿیشا ی وکاسا ؾ ك سذ گشفر ]11[. هخق ؿذ تا ا سخاب هسغیش ای ه اػة هیز اى ت حذاقل رساذ رب ذ دػر یافر. اػسفاد اص خ دس تا ا ذاص رساذ ه اػة هیز ا ذ قؾ صیادی دس کا ؾ رساذ رب ذ داؿس تاؿذ. تشسػی سیضػاخساس اػسحال فاصی کاسایی زشیث ل طیکی خ ؿؾ هشکة خ دساىکاس دس صهی 3 Si دس ػال 2013 ا جام ؿذ ]12[. زأثیش هقادیش هخسلف ساىکاس تش خ اف هکا یکی زشیث ل طیکی خ ؿؾ دس دها ای هخسلف ه سد تشسػی قشاس گشفر. دس حیي فشآی ذ ز لیذ خ دس ت سؽ زفج ؿی خشع گشم دس دهای تاالزش اص 1050 دسج ػا سیگشاد زشکیة زجضی فاص 31 Si 12 زکیل ؿذ. ت دلیل زجضی ؿذى دیػ لفیذ ه لیثذى زکیل زشکیة Mo 2 S 3 خ ؿؾ دس صیش دهای 200 دسج ػا سیگشاد خاكیر ساىکاسی ذاؿر. تشسػی تشسػی اثش ساىکاس ای کوکک ذ صهی ا جام Ti 3 SiC 2 Al تش هاد هشکة خ دساىکاس دس یک هحذد ػی دهایی دس ػال 2014 ؿذ ]13[. دس ایي خظ ؾ زشکیة ای Ti 3 SiC 2 ت زشزیة قؾ اكلی ساىکاسی دس دهای خاییي تاال سا ت ذ داؿس ذ. جو ت ذی کاس ای ا جامؿذ اى هید ذ خ ؿؾ هشکة حای زشکیة ساىکاس قاتلیر اػسفاد دس کاستشد ای زشیث ل طیکی دهای خاییي سا داسد. نچ یي ا ذاص رساذ خ دس دس یک اخسی خ ؿؾ دس سیج ت ث د خ اف زشیث ل طیکی زأثیشگزاس اػر. هکل اكلی خ ؿؾ ای هشکة ت سؽ APS ذم یکؼاىت دى چگالی رساذ اػر ک دس حیي خاؿؾ خ ؿؾ یک اخسی حاكل ویؿ د. سا حل اكلی سف هکل ا سخاب رساذ تا ا ذاص ه اػة تا ز ج ت چگالی آى ا آگل هش اػر. خ ؿؾ هشکة ذف اص ا جام خظ ؾ حاهش (5Al)-Al 2 O 3 - ت سؽ ز ی رساذ APS تشسػی دقیقسش هخلاذ ػاخساسی ایي خ ؿؾ اػر. ایجاد ا سخاب ه اد خ ؿؾ تا ز ج ت یاص ك ای دس ه اسدی ک هقاهر دس تشاتش ػایؾ ػخسی تاال هشیة اك کاک خاییي هذ ش اػر ا جام ؿذ. ؿذ ا س اس هیسد خ ؿؾ هشکة تا ز ج ت ه ال اذ ا جام (5Al)-Al 2 O 3 - خ اكی نچ ى چؼث ذگی تاال ػخسی ه اػة خ اف ساىکاسی ػایی الی سا اص خ د اى د ذ. مواد و روش آسمایصها خ دس ای ه سد ش تا ز ج ت زشکیة خ ؿؾ (5Al)-Al 2 O 3 - هشکة دس ش هشحل ز ی ؿذ ذ. جذل 1 یظگی خ دس ای ه سد اػسفاد ها ذ ا ذاص رساذ خ دس دسكذ خل ف ؿشکر ػاص ذ سا اى هید ذ. جذول 1. یظگی ای خ دس ای خام هلشفی ت وشا ه ات ز ی.
4 مسلمی و همکاران ایجاد و مطخصهیابی ساختاری پوضص مزکب (5Al)-Al 2 O 3 - علوم ومهنذسی سطح 24)1394( 140 دس هشحل آهاد ػاصی خ دس هقذاس 250 خ دسی خ ؿؾ هشکة ه اتق تا جذل ؿذ. 2 گشم اص زشکیة هخل ىػاصی هخل ىػاصی خ دس دسى هحف آػیاب گل ل ای ؿافسی ت وشا آب هق ش ا جام گشفر. تشای ش 100 گشم هخل ى خ دسی هیضاى 500 ػیػی آب هق ش ه سد اػسفاد قشاس گشفر. نچ یي تشای ش 100 گشم خ دس دس ش هشحل 2 کیل گشم ػاچو ف الدی دس شف اػس ا ای 1 ه ػ م ت ف جاى تا ق ش 8 اسزفا 15 ػا سیهسش قشاس داد ؿذ.ا سخاب هقادیش 15 5 دسكذ ص ی ساىکاس تا ز ج ت تشسػی ػایش خظ ؾگشاى ك سذ گشفر ]12[. تا ز ج ت ایي تشسػی ا هخق ؿذ ت کاسگیشی هقادیش تیؾزش ایي ساىکاس ػثة افر هحؼ ع خ اف زشیث ل طیکی هکا یکی خ ؿؾ خ ا ذ ؿذ. و جذول 2. زشکیة خ ؿؾ ای ایجادؿذ. خ ؿؾ 1 خ ؿؾ تذى ساىکاس زشکیة 60%(5Al)-40%Al 2O 3 2 خ ؿؾ حای 5 دسكذ ساىکاس 60%(5Al)-35%Al 2O 3-5% 3 خ ؿؾ حای 15 دسكذ ساىکاس 60%(5Al)-25%Al 2O 3-15% ولیاذ هخل ىػاصی ت هذذ 20 ػا ر تا ػش ر 365 دس تش دقیق ك سذ گشفر. ت ه س افضایؾ یک اخسی دس چگالی کشیکشدى رساذ ج ر سػیذى ت ا ذاص ثاتر س تر یکؼاى دس هشحل ت ذ ولیاذ 2 خککشدى خاؿی خاؿی ػاخر داخل دا کذ ه ذػی ه اد دا گا اكف اى( ا جام ؿذ. تا اػسفاد اص دػسگا خککي )ه ج د دس آصهایگا خ دس ك سی هالک اؿسش دس فشآی ذ خککشدى خاؿی هحل ل غلی آهاد ؿذ اص هشحل آػیابکاسی هکا یکی دسى هحف دػسگا سیخس ؿذ. دهای هحف تشای ا جام ولیاذ خککشدى خاؿی 3 دسج ػا سیگشاد ػش ر كفح چشخاى افا ی 6000 دس تش دقیق ا سخاب ؿذ. ا سخاب دهای هحف ػش ر كفح چشخاى افا ی ت سؽ زجشتی تا اػسفاد اص هسغیش ای دػسگا ت دػر آهذ. ت دػر آهذ ت ػیل ػش ذ ایی تا ا ذاص دس ایي هشحل 70 ه افز خ دس الی 150 هیکشى غشتال ؿذ زا آهاد فشآی ذ خاؿؾ خالػوایی ازوؼفشی ؿ د. اػسفاد اص ػیالىػ ج ال ػیالیر خ دس ت سؽ آصه ى ؿاسؽ تش ثق اػسا ذاسد تا ASTM B212 ا ذاص گیشی ؿذ ]14[. ه اتق اػسا ذاسد هزک س ػیالى خ دس تا اػسفاد اص سات 1 ا ذاص گیشی ؿذ. سیخر خ دس ای ز لیذی قثل ت ذ اص ولیاذ خککشدى خاؿی ز ػي هیکشػکح الکسش ی ستی XL30 هذل ػاخر ؿشکر فیلیدغ )ه ج د دس دا کذ ه ذػی ه اد دا گا ك سی اكف اى( ه سد اسصیاتی قشاس گشفر. خ ؿؾ هشکة (5Al)-Al 2 O 3 - خاؿؾ خالػوایی ازوؼفشی سی ف الد ػاد کشت ی ت سؽ CK45 ت ؿکل كفح تا ؿ ا 25 هخاهر 5 هیلیهسش ایجاد ؿذ. زشکیة ؿیویایی صیشالی دس جذل 3 تیاى ؿذ اػر. ولیاذ خاؿؾ تا اػسفاد اص دػسگا خاؿؾ خالػوایی هج ض ت زف گ هذل PS50 4 ػاخر ؿشکر هسالیضیي )ه ج د دس ؿشکر خ دس افاى اكف اى( ا جام گشفر. ؿشایي اهل ا سخابؿذ تشای خاؿؾ خالػوایی خ دس هشکة دس جذل 4 اسای ؿذ اػر. صتشی خ ؿؾ ت سؽ ت ػیل دػسگا صتشیػ ج زواػی تا آؿکاسػاص فشاك زی هذل Sj-201P/M تشسػی ؿذ. ت ه س ؿ اػایی فاص ا اص دػسگا خشاؽػ ج خشز ایکغ هج ض ت آ ذ هؼی ت ل ه ج )CuKα( 1/54072 )1( آ گؼسشم اػسفاد ؿذ. صى خ دس (گشم) صهاى (ثا ی ) شخ ػیالى 3- atomizer 4- Metallization 1 - cup 2- spray drying
ب- 5 مسلمی و همکاران ایجاد و مطخصهیابی ساختاری پوضص مزکب (5Al)-Al 2 O 3 - علوم و مهنذسی سطح 24)1394( جذول 3. زشکیة ؿیویایی ف الد ه سداػسفاد ت اى صیشالی )تشحؼة دسكذ ص ی(. Fe 97/00 0/08 P 0/03 S 0/034 Mn 1/07 Si 0/28 C 0/43 اكش هیضاى اكش 98/00(Max) 0/04(Max) 0/035 (Max) 0/035 (Max) 0/9-0/6 0/40-0/15 0/5-0/43 هیضاى اكش ثق اػسا ذاسد.]24[ ASTM A 830 جذول 4. هسغی ش ای ه سخة دس فشآی ذ خاؿؾ خالػوایی. جشیاى )آهدش( لساط )کیل لر( شخ ؿاسؽ گاص آسگ ى حاهل خ دس )لیسش تش دقیق ( شخ زغزی خ دس دس ه ق اصل )گشم تش دقیق ( نتایج و بحث شخ جشیاى گاص خالػوا )لیسش تش دقیق ( فاكل خاؿؾ )هیلیهسش( 350 35 7 40 32/5 100 زلایش هیکشػکدی الکسش ی ستی اص سیخر خ دس تا زشکیة 60%(5Al)-25%Al 2 O 3-15% ت زفکیک خغاص آػیابکاسی هکا یکی خککشدى خاؿی اسای 1 ؿکل آػیابکاسی ؿذ اػر. آهاد ػاصی ؿذ خ دس دس ت سؽ هکا یکی داسای رساذ زقشیثا غیشکشی ؿکؼس اػر )ؿکل 1 -الف(. هخل ى خ دسی ک خغ اص آػیابکاسی هکا یکی ت سؽ خککشدى خاؿی آهاد ػاصی ؿذ داسای رساذ کشی اػر )ؿکل 1 (. تا ز ج ت تشسػی ػایش خظ ؾگشاى کشیت دى کا ؾ ز صی ا ذاص رساذ یک اخر دس زغزی ک ذ دس هؼیش هیز ا ذ ػثة جشیاى آػاى حشاسذدیذى یک اخر رساذ خالػوا کا ؾ زخلخل دس خ ؿؾ ؿ د ]15 16[. خ دس کشی تا ث ت ث د ولکشد خ ؿؾ دس ؿشایي ػایؾ یض هیؿ د ]17[. شخ ػیالى خ دس تا اػسفاد اص ػیالىػ ج ال 0/2207 گشم تش ثا ی ت دػر آهذ. تا ز ج ت ه ادل 1 اػسا ذاسد ASTM B212 هیضاى شخ ػیالى تشای ؿاسؽ خ دس تایذ ذدی تیي 0/2 الی 0/3 گشم تش ثا ی ت دػر آیذ. ػیالیر ه اػة اىد ذ کشیت دى دس هشحل خ دس سیخر خککشدى خاؿی اػر. ال تش زلایش هیکشػکدی الکسش ی ستی اص سیخر خ دس شخ ػیالى ت دػر آهذ اص آصه ى ؿاسؽ یض کشی یک اخرت دى ز صی ا ذاص رساذ سا زأییذ هیک ذ. سایج حاكل اص صتشیػ جی تشای صیشالی ػ هسفاذ اص خ ؿؾ دس جذل حاكل اص صتشیػ جی اى اسای 5 ساىکاس خ ؿؾ تش خ اف ا شی خ ؿؾ زأثیشگزاس اػر. زشکیة ؿذ اػر. سایج هید ذ ک زغییش هقادیش صتشی هس ػي جذول 5. هقایؼ سایج آصه ى صتشیػ جی صیشالی خ ؿؾ دس ػ و زشکیة. صیشالی )CK45( Ra (μm) 0/86 5/95 5/29 4/08 60%(5Al)-40%Al 2 O 3 60%(5Al)-35%Al 2 O 3-5% 60%(5Al)-25%Al 2 O 3-15% دس اثش خاؿؾ خالػوایی دیػ لفیذ ه لیثذى ت اى یک فاص شم ت ؿکل ه اػثسشی سی ػ ح صیشالی خ ي هیؿ د ؼثر ت فاص ػخر اکؼیذ آل هی ین صتشی کوسشی اص خ د اى هید ذ. احسوال ج د رساذ یو ربؿذ اکؼیذ آل هی ین ت دلیل ق رب تاالزش ؼثر ت دیػ لفیذ ه لیثذى دسى خ ؿؾ تیؾزش اػر. ت اتشایي هیز اى گفر تا کا ؾ هیضاى دیػ لفیذ ه لیثذى دس خ دس
6 مسلمی و همکاران ایجاد و مطخصهیابی ساختاری پوضص مزکب (5Al)-Al 2 O 3 - علوم ومهنذسی سطح 24)1394( )الف( )ب( ضکل 1. زلایش هیکشػکدی الکسش ی ستی اص سیخر هخل ى خ دسی 60%(5Al)-25%Al 2 O 3-15% الف( خغاص فشآی ذ آػیابکاسی هکا یکی ب( ت ذ اص ولیاذ خککشدى خاؿی. خ ؿؾ 2 ؿکل شهی خ ؿؾ ا ایجادؿذ اص صتشی تیؾزشی تشخ سداس هیؿ د. زل یش هیکشػکدی الکسش ی ستی اص هق تا زشکیة هسفاذ سا اى هید ذ. ا سخاب هخاهر حذد 300 هیکشهسش تشای ایجاد خ ؿؾ هشکة ت سؽ خاؿؾ خالػوایی تا ز ج ت تشسػی ای ك سذگشفس ز ػي ػایش خظ گشاى ا جام گشفر ]7 16[. دس خ ؿؾ ای ػخر )صهی ػشاهیکی یا فلضی( تا هخاهر ای کن )صیش 100 هیکشهسش( خ ؿؾ ویز ا ذ تاس ا والی سا زحول ک ذ. اص ایي س تاس ا والی سا ت صیشالی سا ه سقل و د تا ث زغییشؿکل دس صیشالی هیؿ د. خ ؿؾ ای ػخر تا هخاهر تاال یشی ا والی سا ت لر كلةت دى کاهال ه اس و د زغییشؿکلی دس صیشالی سخ وید ذ. هخاهر خ ؿؾ ا تایذ اص یک حذ تحشا ی تیسش ؿ د زا زأثیش یشی ا والی تش صیشالی اص تیي تشد. هحققیي ایي هخاهر تحشا ی سا اتؼس ت خ ؿؾ ػخسی خ ؿؾ تاس ا والی هیدا ذ اغلة تشای خ ؿؾ ای خاؿؾ حشاسزی هخاهسی دس هحذد 150 الی 200 هیکشهسش رکش و د ا ذ ]18[. زأثیش فشآی ذ خاؿؾ خالػوایی تش ا وگ ی ای ػ حی دس خ ؿؾ ای هشکة ز ػي ػایش خظ گشاى ه سد ه ال قشاس گشفس اػر ]19[. ت ه س ایجاد خ ؿؾ یک اخر تا حذاقل هیضاى زخلخل ی ب ػاخساسی تایذ هسغیش ای خ ؿؾد ی دس سؽ APS ت گ ای ا سخاب ؿ ذ زا رساذ ت س کاهل ربؿذ فشآی ذ تشخ سد خخؾؿذى رساذ هزاب سی ػ ح ت س کاهل ه ن ا جام خزیشد. تشای افضایؾ دهای خاؿؾ هحذدیر ایی ج د داسد. افضایؾ تیؾ اص حذ دهای فشآی ذ خاؿؾ تا ث زجضی ؿذى زشکیثازی یش تا ق رب خاییيزش هیؿ د. ت ویي دلیل دس هشحل ز ی خ دس تشای زشکیثاذ تا ق رب تاالزش ( 3 )Al 2 O تایذ اص خ دس ایی تا ا ذاص رساذ ک چکسش اػسفاد ؿ د. دس ایي حالر تا کوسشیي هیضاى افضایؾ دها رب کاهل یک اخرزشی ك سذگشفس احسوال تشخ سد رساذ رب ذ سی ػ ح ت حذاقل هیسػذ. اص شف دیگش ت دلیل ج د یک اخسی دس سیخر خ دس خ ؿؾ یک اخسی زکیل هیؿ د. تا ز ج ت ؿشایي رکشؿذ ت کاسگیشی ایي سایج خ ؿی تا ػاخساس وگي حذاقل زخلخل ی ب سی ػ ح صیشالی ف الدی CK45 زکیل ؿذ. ؿکل 3 زلایش سیضػاخساس ت ػیل الکسشى ای تشگسی اص هق شهی خ ؿؾ ای هشکة سا اى هید ذ. تا اػسفاد اص الکسشى تشگسی هیز اى خ ؿؾ ا سا تشسػی فاصی و د. تا ز ج ت الگ ای خشاؽ خشز ایکغ ک دس
7 مسلمی و همکاران ایجاد و مطخصهیابی ساختاری پوضص مزکب (5Al)-Al 2 O 3 - علوم و مهنذسی سطح 24)1394( الف ب ج ضکل 2. زلایش هیکشػکدی الکسش ی ستی اص هق شهی خ ؿؾ الف( 60%(5Al)-40%Al 2 O 3 ب( 60%(5Al)-35%Al 2 O 3-5% ج(.60%(5Al)-25%Al 2 O 3-15% ضکل 3. زلایش سیضػاخساسی الکسشى ای تشگسی اص هق شهی خ ؿؾ ای هشکة دس تضسگ وایی دسكذ ص ی ساىکاس ج( ؿاهل 15 دسكذ ص ی ساىکاس. 500 تشاتش الف( تذى ساىکاس ب( ؿاهل 5 اداه ت س دقیقسشی تشسػی خ ا ذ ؿذ فاص ای Al 2 O 4 3 S 2 O Al 2 O 3 دس خ ؿؾ ا ج د داسد. شچ ز صی فاصی دس خ ؿؾ ا یک اخسسش ا ذاص رساذ ک چکسش تاؿذ کیفیر خ ؿؾ اص لحا زشیث ل طیکی ت ث د هییاتذ ]17[. ؿکل 4 الگ ی خشاؽ خشز ایکغ خ دس تا زشکیة 60%(5Al)-25%Al 2 O 3-15% ت ذ اص 20 ػا ر آػیابکاسی ت وشا خ دس ای خام سا اى هید ذ. تا ا جام ولیاذ آػیابکاسی هکا یکی اص ؿذذ خیک ا کاػس ؿذ شم خیک ا افضایؾ یافس اػر. ایي اهش سا هیز اى ت ایجاد ز ؾ دس ؿثک خ دس کا ؾ ا ذاص دا ؼثر داد. ایجاد ز ؾ دس خ دس افضایؾ هشصدا ا تا ث خشاک ذگی دس اؿ ایکغ تاصزابیافس ؿذ خ ای خیک افضایؾ هییاتذ ]20[. ؿذیذزشیي خیک دس زشکیة خ دسی
8 مسلمی و همکاران ایجاد و مطخصهیابی ساختاری پوضص مزکب (5Al)-Al 2 O 3 - علوم ومهنذسی سطح 24)1394( ؿاهل 15 دسكذ هشت ى ت (5Al) صای 43/805 قشاس داسد. ه ال هات ی یض سی خ ؿؾ تا زشکیة اػر ک دس 25%Al 2 O 3-15% ک زحر فشآی ذ خاؿؾ خالػوایی ایجادؿذ ك سذ گشفر. ؿکل 5 الگ ی خشاؽ خشز ایکغ و هزک س سا اى هید ذ. واى س ک اص ؿکل هخق اػر خغ اص ایجاد خ ؿؾ ت سؽ خاؿؾ خالػوایی نچ اى خیک اكلی هشت ى ت زشکیة دس صای 14/367 دسج ج د داسد. آصادؿذى ه لیثذى دس اثش زجضی حیي فشآی ذ خاؿؾ ا حالل جا ی ی ه لیثذى دس فاص یکل تا ث جات جایی قاتل هالح خیک یکل ت ػور صایای کوسش ؿذ اػر )ز ج ؿ د ک تیؾزش ت دى ؿ ا ازوی ه لیثذى ؼثر ت یکل تا ث افضایؾ خاساهسش ؿثک کا ؾ صای خشاؽ ؿذ اػر(. تا ز ج ت و داس ز ادلی ه لیثذى- یکل قاتلیر ا حالل ه لیثذى دس یکل دس دهای هحیي زا 16 دسكذ ص ی اهکاىخزیش اػر. فلل هسشک ای هیکشهسشی تیيفاصی دس خ دس هشکة تا ث ا حالل ساحر ه لیثذى- یکل دس حیي خاؿؾ هیؿ د زا زشکیثاذ دیگشی اص ه لیثذى دس خ ؿؾ ایجاد د )دس حذ دقر.)XRD الگ ی خشاؽ خشز ایکغ خ ؿؾ 40%Al 2 O 3 )ؿکل 6( فاص ای Al 2 O 4 O Al 2 O 3 سا اى هید ذ. تا ز ج ت زل یش هیکشػکدی الکسش ی ستی )ؿکل 3( اص خ ؿؾ 40%Al 2 O 3 صیاد فاص Al 2 O 4 فاص Al 2 O 4 صیادی زکیل ؿذ اػر. هقذاس تا ثؿذ ک فاص کوسشی دس ایي خ ؿؾ ؼثر ت خ ؿؾ ای ؿاهل ساىکاس ج د داؿس تاؿذ )هقایؼ احی A دس زلایش(. الگ ی خشاؽ خشز ایکغ خ ؿؾ تا زشکیة 60%(5Al)- 60%(5Al)- 60%(5Al)- 60%(5Al)- 40%Al 2 O 3 )ؿکل 6( هقذاس کن فاص O دس زل یش هق شهی سا زأییذ هیک ذ. ػ ح ق شاذ حیي خاؿؾ اکؼیذؿذ ت ك سذ ػ ح تؼیاس اصک تیي الی ای خاؿؾ خالػوایی ایجاد ؿذ ا ذ. الگ ی خشاؽ خشز ایکغ خ ؿؾ 60%(5Al)-35%Al 2 O 3-5% )ؿکل 6( حو س فاص ای )C( Al 2 O 3 )B( )A( )D( )E( O سا اى هید ذ. ؿذیذزش ت دى Al 2 O 4 خیک دس خ ؿؾ ؿاهل 5 دسكذ ص ی ساىکاس ؼثر ت خ ؿؾ تذى ساىکاس تیسشت دى احی هی وایذ. حو س هقادیش تؼیاس کن A ) احی سا زلذیق B( تا س گ خاکؼسشی زیش دس خ ؿؾ ؿاهل 5 دسكذ ساىکاس هالح هیؿ د. ضکل 4. الگ ی خشاؽ خشز ایکغ اص زشکیة خ دس ت ذ اص 20 ػا ر آػیابکاسی هکا یکی دس هقایؼ تا ػ خ دس خام )هخل ى ذ (.
9 مسلمی و همکاران ایجاد و مطخصهیابی ساختاری پوضص مزکب (5Al)-Al 2 O 3 - علوم و مهنذسی سطح 24)1394( ضکل 5. الگ ی خشاؽ خشز ایکغ خ ؿؾ تا زشکیة.60%(5Al)-25%Al 2 O 3-15% ضکل 6. الگ ی خشاؽ خشز ایکغ خ ؿؾ ای هشکة. 3 Al 3 S 2 Al 3 2 Al 3 فاص ای )F( سا 3 S 2 )C( Al 2 O 3 )B( )A( هیز اى ت زفکیک دس خ ؿؾ ؿاهل 15 دسكذ ساىکاس هالح و د. تیسشت دى هقذاس ؼثر ت خ ؿؾ ؿاهل 5 دسكذ ساىکاس سا هیز اى تا هقایؼ احی ایي د زل یش سیج گشفر. ذم ج د فاص دس B Al 2 O 4 ) احی D( اىد ذ ز ینت دى ؿشایي خاؿؾ خالػوایی تشای ایجاد ذى ایي زشکیة دس خ ؿؾ ای حای 15 دسكذ اػر. هوکي اػر دس اثش حشاسذ تاالی فشآی ذ خاؿؾ خالػوایی زشکیثاذ اخ اػس ای ها ذ حجن کن تا سؽ XRD 3 Al زکیل ؿ د ک ت ػثة قاتل ؿ اػایی یؼس ذ. زشکیة اص زشکیثاذ اخ اػس ای اػر ک احسوال زکیل صیادی داسد داسای خ اف هات (5Al) (5Al) ؼثر ت اػر. زشکیة داسای چگالی کوسش هذل کؼاى تاالزشی 3 Al اػر ]22[. ػاخساس هشکة خ دس ج د فلل هسشک ای هیکشهسشی تیيفاصی ػثة زشکیة یکل گ گشد ؿذ اػر تذى آى ک گ گشد اکؼیذ ؿ د )ؿکل 5(.
ن ی 10 مسلمی و همکاران ایجاد و مطخصهیابی ساختاری پوضص مزکب (5Al)-Al 2 O 3 - علوم ومهنذسی سطح 24)1394( صتشی هس ػي.6 ذم حو س خیک ؿاخق آل هی ین دس خ ؿؾ ؿاهل 15 دسكذ ساىکاس )ؿکل 6( اى هید ذ ک حیي فشآی ذ خاؿؾ آل هی ین دس فاص یکل کاهال حلؿذ هحل ل جاهذ -Al زکیل ؿذ اػر. ا حالل جا ی ی آل هی دس یکل یض )ت دلیل ؿ ا ازوی تیؾزش آل هی ین ؼثر ت یکل( ه جة جات جاؿذى خیک یکل ت ػور صایای کنزش ؿذ اػر. نتیجهگیزی اص هجو ه ال اذ تشسػی ای ك سذگشفس ت کوک زلایش هیکشػکدی الکسش ی ستی الگ ای خشاؽ خشز ایکغ یافس ای آصه ى ؿاسؽ خ دس صتشیػ جی تحث ای ا جامؿذ ت س خالك سایج صیش ت دػر هیآیذ: 1. تا ز ج ت سایج XRD حو س خیک اكلی هشت ى ت زشکیة هشکة دس صای 14/367 دسج ایجاد خ ؿؾ (5Al)-Al 2 O 3 - ت وشا هقادیش هخسلف APS ساىکاس ت سؽ اهکاىخزیش اػر. 2. هیضاى ) قاى A( دس خ ؿؾ ؿاهل 5 دسكذ ص ی ساىکاس تیؾاص خ ؿؾ تذى ساىکاس ها ذ ؿذ. )ت دلیل زکیل کوسش فاص Al 2 O 4 دسكذ ص ی ساىکاس(. 3. ت لر حلؿذى دس فاص دس خ ؿؾ داسای 5 زکیل هحل ل جاهذ -Al خیک ؿاخلی اص آل هی ین دس خ ؿؾ ؿاهل 15 Al دسكذ ص ی ساىکاس دیذ ذ خیک صایای کوسش ه سقل ؿذ. 4. آصادؿذى ه لیثذى دس اثش زجضی یض ت ػور دس حیي خاؿؾ ا حالل جا یي Mo ت ػور صایای کوسش ؿذ. دس ػثة جات جایی خیک (5Al)-Al 2 O 3 - تش صیشالی APS 5. ایجاد خ ؿؾ هشکة ف الدی CK45 ػ ح ؿذ. ت سؽ ػثة افضایؾ صتشی هس ػي تا افضایؾ هیضاى ساىکاسجاهذ ػ ح اص 5/95 ت 4/08 هیکشهسش کا ؾ یافر. مزاجع 1. P. D. Fleischauer, M.R. Hilton and T. Group, Applications of solid lubricant films in spacecraft, Aerospace Report, No. TR-92(2935)-6(1994)9-24. 2. L. De Physique, F. Scietzces, M. B. Dkar, E. Mehra, O. El Beqqali, I. Zorkani, F. Rogemond, H. Chermette, R. Ben Chaabane, M. Gamoudi and G. Guillaud, Electrical properties of molybdenum disulfide, Synthetic metals, 90(1997)165-172. 3. T. Polcar, M. Evaristo and A. Cavaleiro, Comparative study of the tribological behavior of self-lubricating W S C and Mo Se C sputtered coatings, Wear. 266(2009)388-392. 4. M. M. Javadi, H. Edris and M. Salehi, Plasma Sprayed Al Intermetallic Coating Produced with Mechanically Alloyed Powder, Journal of Materials Science and Technology, 27(2011) 816 820. 5. خ اج ػشی لی اکثشی غالمحؼیي, تشسػی اثش صهاى زشکیة ؿیویایی تش آلیاطػاصی هکا یکی آلیاط ای Al 45 Mo 5 هجو ا ػاخساس 50 Al 50 هقاالذ وایؾ ػشاػشی کاستشد ای دفا ی ل م ا 3)1392(388-.392 6. R. C. Tucker and R. C. Tucker Jr, Advanced thermal spray deposition techniques, Handbook of Deposition Technologies for Films and Coatings, 591-642, 1994. 7. Rj. Shal and Sj. Pearton, Advanced plasma processing techniques, Handbook of advanced plasma processing techniques, Vol. 10, 9 th edition, 81-99,1998. 8. P. U. Skeldon, H. W. Wang and G. E. Thompson, Formation and characterization of self-lubricating precursor films on anodized aluminium, Wear, 206(1997)187 196.
11 مسلمی و همکاران ایجاد و مطخصهیابی ساختاری پوضص مزکب (5Al)-Al 2 O 3 - علوم و مهنذسی سطح 24)1394( 19. L. Kong, Q. Bi, M. u, S. Zhu, J. Yang and W. Liu, ZrO 2 (Y 2 O 3 ) CaF 2 self-lubricating composite coupled with different ceramics from 20 C to 1000 C, Tribology International, 64(2013)53-62. 20. F. G. Cuevas, J. Cintas, J. M. Montes and J. M. Gallardo, Al Ti powder produced through mechanical alloying for different times, Journal of Materials Science, 41(2006)8339-8346. 21. Designation A 830/A830M - 02, Standard specification for plates, carbon steel, structural quality, furnished to chemical composition requirments, The Annual Book of ASTM Standards, Section 04 (Steel structural, Reinforcing, Pressure vessel, Railway), Volume 01.04 (Structural Steel for Bridge, Rolling stock and Ship), ASTM International, West Conshohocken, United States, 2003. 22. H. X. Zhu and R. Abbaschian, Microstructures and properties of in-situ Al Al 2 O 3 functionally gradient composites, Composites PartB: Engineering, 31(2000)383-390. 9. E. Celik, I. Ozdemir, E. Avci, and Y. Tsunekawa, Corrosion behaviour of plasma sprayed coatings, Surface and Coatings Technology, 193(2003)297-302. 10. X. Zhu, T. Zhang, V. Morris and D. Marchant, Combustion synthesis of Al/Al 2 O 3 composites by induction heating, Intermetallics, 18(2010)1197-1204. 11. اسکؿیشا ی حؼام ه سوذی ه ذی اتذی ی هجیذ تشسػی ی ا فشآی ذ ی ا خ ؿؾ خاؿؾ چ ذالی حشاسزی خی ذی تشسی -Al ز ػي ا ا ف الد 4130 هقاالذ ػود صی م ف الد 90)1390(564-557. هجو 12. M. u, Q. Bi, S. Zhu, J. Yang and W. Liu, Microstructure, phase transition and tribological performances of 3 Sibased self-lubricating composite coatings, Journal of Alloys and Compounds, 555(2013)367-374. 13. X. Shi, W. Zhai, Z. Xu, M. Wang, J. Yao, S. Song and Y. Wang, Synergetic lubricating effect of and Ti 3 SiC 2 on tribological properties of Al matrix self-lubricating composites over a wide temperature range, Materials and Design, 55(2014)93-103. 14. Designation: B 212 99, Standard Test Method for Apparent Density of Free- Flowing Metal Powders Using the Hall Flowmeter Funnel, The Annual Book of ASTM Standards, Section 02 (Metallic and Inorganic Coatings), Volume 02.05 (Metal Powders, Sintered P-M Structural Parts), ASTM International, West Conshohocken, United States, 2003. 15. L. Pawlowski, The science and engineering of thermal spray coatings, Second edition, Wiley, 2007. 16. R. B. Heimann, Plasma spray coating, VCH Verlagsgesellschaft mbh, 1996. 17. J. Yuan, Y. Zhu, X. Zheng, H. Ji and T. Yang, Fabrication and evaluation of atmospheric plasma spraying WC Co Cu composite coatings, Journal of Alloys and Compounds, 509(2011)2576-2581. 18. K. Holmberg and A. Matthews, Coatings tribology, Second edition, Elsevier, 2009