اثر افزودن گرافن بر خواص سطحي و مكانيكي كاربيدهاي سمانته از نوع Wc-FeAl

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مواد

كارشناسي ارشد

چكيده اين پژوهش به بررسي اثر افزودن گرافن بر خواص مكانيكي و تريبولوژيكي سرمت‌هاي پايه WC-FeAl توليدشده به روش تف‌جوشي پلاسماي جرقه‌اي (SPS) مي‌پردازد. با توجه به چالش دستيابي هم‌زمان به سختي بالا و چقرمگي شكست مطلوب در سرمت‌ها، به‌ويژه براي كاربرد در ابزارهاي برشي، هدف اصلي اين تحقيق بهينه‌سازي تركيب‌هاي جديدي از سرمت‌ها با عملكرد مكانيكي و حرارتي ارتقاءيافته است. در همين راستا، سه نوع نمونه شامل) WC-Co به‌ عنوان نمونه مرجع)، WC- FeAl و WC-FeAl-G (با افزودني گرافن) تهيه و مورد ارزيابي قرار گرفتند. سختي نمونه‌ها با آزمون ويكرز اندازه‌گيري شد و نتايج نشان داد كه سختي سرمت WC-FeAl-G به ميزان 55/19درصد بيشتر از WC-FeAl و سختي WC-FeAl نيز به ميزان 06/18 درصد بيشتر از نمونه مرجع WC-Co است. بررسي ريزساختار با استفاده از ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) و آزمون پراش اشعه ايكس (XRD) نشان داد كه افزودن گرافن موجب ريزدانه شدن ساختار و كاهش انحلال فاز كاربيدي در زمينه فلزي شده است. آزمون خمش چهار نقطه‌اي نشان داد كه بيشينه تنش شكست خمشي براي سرمت‌هاي WC-Co، WC-FeAl و WC-FeAl-G به ترتيب 4/392 ، 2/114 و 3/274 مگاپاسكال است. آزمون سايش نيز حاكي از بهبود قابل توجه مقاومت به سايش در نمونه‌هاي حاوي گرافن و پيونده FeAl بود، به‌گونه‌اي كه كاهش وزن به ترتيب 015/0، 002/0 و 001/0 گرم براي WC-Co، WC-FeAl و WC-FeAl-G اندازه‌گيري شد. ارزيابي مقاومت به اكسيداسيون از طريق آزمون اكسيداسيون همدما و آناليز حرارتي DSC-TG انجام گرفت. نتايج نشان داد كه سرمت WC-FeAl داراي بيشترين مقاومت در برابر اكسيداسيون است كه به تشكيل فازهاي كمپلكس پايدار مانند Al₂(WO₄)₃ و FeWO₄ نسبت داده مي‌شود. درصد افزايش وزن در آزمون DSC-TG به‌ترتيب برابر با 41/15 درصد براي WC-Co، 90/12 درصد براي WC-FeAl-G و تنها 02/6 درصد براي WC-FeAl گزارش شد كه نشان‌دهنده بالاتر بودن مقاومت به اكسيداسيون در نمونه حاوي گرافن نسبت به WC-Co است. در مجموع، يافته‌هاي اين تحقيق نشان مي‌دهد كه افزودن گرافن اگرچه باعث اندكي كاهش در مقاومت اكسيداسيون نسبت به WC-FeAl مي‌شود اما همچنان مقاومت اكسيداسيون بالاتري نسبت به سرمت WC-Co وجود دارد. ضمن اين‌كه افزودن گرافن موجب افزايش سختي و مقاومت به سايش مي‌شود. همچنين، بازيابي بخش قابل توجهي از استحكام خمشي از دست رفته در نمونه WC-FeAl با افزودن گرافن، يكي از چالش‌هاي اصلي استفاده از پيونده‌هاي جايگزين به‌جاي كبالت را مرتفع ساخته و چشم‌انداز مثبتي براي توسعه سرمت‌هاي بدون كبالت فراهم مي‌آورد.

235684

سراميك

فني مهندسي گلپايگان

دانشگاه صنعتي اصفهان