ایجاد پوشش سرمت WC-Co به روش پلاسمای الکترولیتی بر روی فولاد کم کربن و بررسی خواص سایشی آن

فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین

مقاله 7، دوره 7، شماره 28، مرداد و شهریور 1396، صفحه 57-66   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

معصومه ملائی^{* 1}؛ فاطمه محزون²؛ کمال جانقربان³؛ بابک هاشمی³

¹دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشگاه شیراز

²عضو هیئت علمی، پژوهشکده نانو فناوری‌-دانشگاه شیراز

³عضو هیئت علمی، بخش مهندسی مواد-دانشگاه شیراز

تاریخ دریافت: 24 دی 1394،  تاریخ بازنگری: 16 فروردین 1395،  تاریخ پذیرش: 25 آبان 1396 

چکیده

در این پژوهش پوشش سرمت کاربید تنگستن – کبالت بر روی فولاد کم کربن (CK1020) با استفاده از روش پلاسمای الکترولیتی ایجاد شد. پوشش‌های سرمتی بر روی زیر لایه فولادی می‌تواند خواص تریبولوژی را  تا حد بسیار زیادی بهبود بخشد.  پوشش‌های سرمتی تولیدی با روش پلاسمای الکترولیتی علاوه بر ویژگی‌های سطحی دارای مورفولوژی منحصر به فردی هستند که موجب اتصال بسیار مناسب به زیر لایه می‌گردند. نمونه‌ها با اعمال جریان مستقیم و اختلاف پتانسیل 110 ولت پوشش داده شدند. مورفولوژی، سطح مقطع و سطح سایش نمونه‌ها توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج حاصل از آنالیز عنصری (EDS) حضور عناصر تنگستن، کربن، کبالت، آهن، را نشان داد. آزمایش سایش  با استفاده از دستگاه پین روی دیسک مجهز به پین‌های سایشی از جنس فولاد SAE 52100 با قطر 5 میلیمتر انجام شد که نمونه‌های پوشش داده شده با سرمت کاربید تنگستن - کبالت مقاومت بیش‌تری در برابر سایش در مقایسه با نمونه بدون پوشش از خود نشان دادند و  ضریب اصطکاک از مقدار بزرگ‌تر از یک  برای نمونه‌های بدون پوشش به 7/. برای نمونه‌های پوشش داده شده کاهش یافت. همچنین، مقادیر کاهش وزن بعد از تست سایش برای نمونه‌های پوشش داده شده کم‌تر بود.  بررسی میکرو ساختار سایشی نشان داد که مکانیزم غالب از نوع خراشان می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

آنالیز عنصری(EDS)؛ پلاسمای الکترولیتی؛ سایش خراشان؛ سرمت

عنوان مقاله [English]

Producing WC-Co coating with electrolytic plasma processing on low carbon steel and investigation its wear resistance

نویسندگان [English]

M Malaei¹؛ F Mahzon²؛ K Janghorban³؛ B Hashemi³

چکیده [English]

In this study WC-Co coating was produced on low carbon steel substrate by electrolytic plasma processing (EPP). EPP is an emerging, environmentally friendly surface engineering technology. Cermet coatings can improve tribologycal properties of steel substrates. Cermet coatings which were provided by EPP not only have suitable surface features, but also have unique morphology which causes good adhesion to the substrate. The samples were coated by applying direct current and voltage of 110 volt. Morphology and cross-sectional observations and also wear path were studied by scanning electron microscope (SEM). Results of energy dispersive spectroscopy (EDS) indicate the presence of tungsten, carbon, cobalt and iron in the coating. Wear tests have been carried out with a pin on disc device and SAE52100 pin. Based on the results of this test, samples which were coated with WC-Co, show higher wear resistance and lower friction coefficient (0.7). Worn path images reveal that the dominant mechanism of wear is abrasive.

کلیدواژه‌ها [English]

abrasive wear, EDS analysis, electrolytic plasma, cermet

مراجع

1- D. M. Nuruzzaman, “Characteristics of Thermally Sprayed WC Cermet Coating Under Lubricated Rolling with Sliding Contact”,Journal of MechanicalEngineering, Vol ME37, 2007.     

2- S. Al-Mutairi, M.S.J. Hashmi, B.S. Yilbas, J. Stokes, “Microstructural Characterization of HVOF/Plasma Thermal Spray of Micro/Nano WC–12%Co Powders” Surface & Coatings Technology, Vol 264, pp 175–186, 2015.      

3- E.I. Meletis, X. Nie, F.L. Wang, J.C. Jiang, “Electrolytic Plasma Processing for Cleaning and Metal-Coating of  Steel

 Surfaces”, Surface and Coatings Technology, V 150, PP 246–256, 2002.   

4- Z.Yao, Y.Jiang, Z. Jiang, F. Wang, Z.Wu, “Preparation and Structure of Ceramic Coatings Containing Zirconium Oxide on Ti Alloy by Plasma Electrolytic Oxidation”, Journal of Materials Processing Technology, V 205, pp. 303-307, 2008.      

5-T.Paulmier, J.M.Bell, M.Fredericks, “Development of a Novel Cathodic Plasma/Electrolytic Deposition Technique

Part 1: Production of Titanium Dioxide Coatings”, Surface and Coatings Technology, Vol 201, pp.8761-8770, 2007.

6- W.C.Gu, G.H.Lv, H.Chen, G.L.Chen, W.R. Feng, G.L. Zhang, S.Z Yang, Preparation of Ceramic Coatings on Inner Surface of Steel Tubes Using a Combined Technique of Hot-Dipping and Plasma Electrolytic Oxidation, Journal of Alloys and Compounds, V 430, PP 308-312, 2007.
  7- S. Kamnis, S. Gua, T.J. Lu, C. Chen, Computational Simulation of Thermally Sprayed WC–Co Powder, Computational Materials Science, 43, 1172–1182, 2008.     

8- M. Jalali Azizpour, H. Mohammadi Majd, Residual Stress in Ground WC-Co Coatings, International Journal of Mechanical, Aerospace, Industrial, Mechatronic and Manufacturing Engineering, V 8,NO 3,2014.

9- M.W. RichertI, A. Mazurkiewicz, J.A. Smolik,the Deposition oF WC-CoCoatings by EBPVD Technique", Archives O F Metallurgy and Materials, 5, Issue 2.

10- ز. گلستان، م. جاویدی، م .ح. شریعت، ر. بازرگان لاری، پوشش دهی کامپوزیتی هیدروکسی آپاتیت - تیتانیا  همزمان با نیتروکربوره کردن با نیتروکربوره کردن الکترولیتی پلاسمایی روی سطح فولاد ضد زنگ و بررسی خواص خوردگی آن، مجله مواد نوین/ جلد 3/شماره 4/صفحات 65-74/ تابستان 1392.    

 11- ن.افسر کازرونی، م.ح. شریعت، م. بحرالعلوم، س.دهقانی، ف. محزون، ت. جوزقی، بهینه سازی حمام

به منظور کاهش ولتاژ در روش نیتروکربوره کردن الکتریکی پلاسمایی فولاد ضد زنگ آستنیتی و بررسی زیست سازگاری در بدن خرگوش، مجله مواد نوین/ جلد 1/ شماره 3/صفحات 45-54/ بهار 1390.       
           
12- D. Kekes, P. Syllabi, M. Vardavoulias, “Wear Micro-Mechanism of Composite WC-Co/Cr-NiCrFeBSiC Coatings. Part I: Dry Sliding”, Tribology in Industry, Vol 36, No 4, pp 361-374, 2014.

 13- P.Gupta, G.Tenhundfeld, E.O.Daigle, D.

Ryabkov, “Electrolytic Plasma Technology: Science and Engineering-An overview”, Surface and Coatings Technology,Vol 201, pp 8746-8760, 2007.