روكش‌كاري ليزري پوشش NiCoCrAlY روي سوپرآلياژ پايه نيكل CMSX-4 جهت دار

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مواد

كارشناسي ارشد

در فرايندهاي پوشش¬دهي پاشش پلاسمايي زيرلايه¬هاي سوپرآلياژ تك¬كريستال و جهت¬دار، عدم تطابق موجود بين پوشش¬ MCrAlY پلي كريستال و زيرلايه منجر به ايجاد كرنش¬هاي عدم تطابق در فصل مشترك و نتيجتاً باعث كاهش مقاومت خستگي حرارتي-مكانيكي مي¬شود. فرايند روكش‌كاري ليزري با ايجاد پوشش¬هاي رونشستي، به پوشش‌هاي محافظ اجازه مي¬دهد تا با زيرلايه مطابقت داشته باشد. هدف از پژوهش حاضر، رسوب¬دهي پوشش NiCoCrAlY روي زيرلايه سوپر آلياژ جهت¬دار به روش روكش‌كاري ليزري و ارزيابي تأثير آن روي خواص پوشش مي¬باشد. بدين منظور تأثير متغيرهاي فرايند روكش‌كاري ليزري بر رشد رونشستي پوشش روي زيرلايه CMSX-4 جهت¬دار بررسي شده و ساختار ميكروسكوپي، عيوب، ريزسختي، زبري و مقاومت اكسيداسيون دما بالاي نمونه¬ها مورد ارزيابي قرار گرفت. مطالعات ريزساختاري با استفاده از ميكروسكوپ نوري و ميكروسكوپ الكتروني انجام شد. سختي نمونه¬ها با دستگاه ريزسختي سنج و زبري سنجي با دستگاه پروفيل¬متر ليزري اندازه گيري شد. آزمون اكسيداسيون همدما در دماي 1000 درجه سانتي¬گراد به مدت 144 ساعت در كوره¬اي با قابليت برنامه¬ريزي انجام شد. نتايج بررسي¬هاي ريزساختاري نشان داد پوشش¬هاي تك پاس و چند پاس NiCoCrAlY روي زيرلايه CMSX-4 جهت¬دار به صورت رونشستي در جهت ترجيحي [001] زيرلايه رشد كردند. ريز ساختار پوشش¬ها از فصل مشترك تا سطح پوشش به صورت سلولي، دندريتي ستوني و هم¬محور تغيير كرد. نتايج هندسه روكش¬هاي تك¬پاس و تأثير پارامترهاي فرآيند بر آن نشان داد كه با افزايش توان و نرخ تغذيه پودر و كاهش سرعت روبش ليزر، ارتفاع روكش افزايش مي¬يابد. از طرف ديگر عرض روكش و عمق نفوذ با افزايش توان وكاهش سرعت روبش ليزر و نرخ تغذيه پودر افزايش پيدا مي¬كند. ميزان آميختگي هندسي در اثر افزايش توان و سرعت روبش ليزر و كاهش نرخ تغذيه پودر، بيشتر مي¬شود. با كاهش توان و سرعت روبش ليزر و افزايش نرخ تغذيه پودر، زاويه ترشوندگي افزايش مي¬يابد. با تغيير در شرايط خنك كننده از هوا به يخ خشك، منطقه ستوني پوشش¬ بهينه حدود 25 درصد افزايش ارتفاع را نشان داد و فاصله بازوهاي اوليه و ثانويه كاهش يافت. با افزايش سرعت روبش ليزر فاصله بازوهاي دندريت¬هاي اوليه و ثانويه از فصل مشترك تا سطح پوشش كاهش يافت. براي نمونه بهينه ريزسختي زيرلايه، فصل مشترك و پوشش به ترتيب 372، 413 و516 ويكرز اندازه¬گيري شد. زبري سطح پوشش¬ها با افزايش سرعت روبش ليزر كاهش يافت. بررسي نمونه¬هاي حاصل از آزمون اكسيداسيون نشان داد كه دو فاز –Al2O3α و اسپينل مضر Ni(Cr,Al)2O4 روي سطح پوشش¬ها تشكيل شده است. لايه اكسيدي تشكيل شده روي زيرلايه دچار ترك، تخلخل و پوسته شدن شد؛ درحالي كه لايه اكسيدي پوشش¬ها فاقد هرگونه تخلخل، ترك و پوسته شدن بود. با افزايش سرعت روبش ليزر و كاهش زبري سطح، نفوذ عناصر نيكل و كروم از پوشش به لايه اكسيدي افزايش يافت و فاز اسپينل بيشتري تشكيل شد. بررسي سينتيك اكسيداسيون زيرلايه و پوشش¬هاي NiCoCrAlY يك مرحله سريع اوليه و متعاقب آن يك مرحله ثابت را نشان داد. افزايش وزن زيرلايه نسبت به پوشش¬ها بيشتر بود و در پوشش¬ها نيز با افزايش سرعت روبش ليزر و كاهش زبري سطح، نرخ اكسيداسيون بيشتر شد. خنك كردن زيرلايه با يخ خشك در حين پوشش¬دهي نرخ اكسيداسيون را به ميزان كمي افزايش داد.

217029

شناسايي و انتخاب مواد

مهندسي مواد

دانشگاه صنعتي اصفهان

بهزاد نيرومند، قاسم عظيمي