تأثیر افزودن سولفید مولیبدن بر رفتار سایش دما بالای پوشش NiCrBSi تولید شده به روش پاشش حرارتی

فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین

دوره 14، شماره 52، مرداد 1402، صفحه 61-72   

نوع مقاله: مقاله مستخرج از پایان نامه

شناسه دیجیتال (DOI): 10.30495/jnm.2024.32822.2020

نویسندگان

محمد رزازی بروجنی^{* 1}؛ هند خلف شایع الفضلی²؛ فرهاد عظیمی فر³

¹استادیار، گروه مهندسی مواد، واحد لنجان، دانشگاه آزاد اسلامی، اصفهان، ایران

²دانش آموخته کارشناسی ارشد رشته مهندسی مواد، گروه مهندسی مواد، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران جنوب، تهران، ایران

³استادیار، گروه مهندسی پزشکی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد اصفهان(خوراسگان)، اصفهان، ایران

تاریخ دریافت: 15 آذر 1402،  تاریخ بازنگری: 30 بهمن 1402،  تاریخ پذیرش: 19 اسفند 1402 

چکیده

چکیده
مقدمه: روش پاشش حرارتی با هدف افزایش عمر کاری قطعات فولادی از مهم‌ترین راه حل‌هایی است که در مهندسی سطح برای حل مشکل سایش مطرح می‌باشد.
روش­: در این پژوهش پوشش NiCrBSi و NiCrBSi-MoS₂ به روش پاشش حرارتی بر روی فولاد زنگ نزن 304 اعمال شد و سپس رفتار سایشی در دمای محیط و دمای 500  درجه سانتیگراد مورد ارزیابی قرار گرفت. بررسی­ های فازی توسط آزمون پراش پرتو ایکس انجام شد. ترکیب شیمیایی پوشش­ ها به کمک آزمون آنالیز طیف سنجی انرژی بررسی شد.  بررسی تخلخل به کمک تصاویر میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی انجام شد. سختی سنجی نمونه‌ها با استفاده از آزمون میکروسختی سنجی انجام شد. به منظور بررسی چسبندگی و رفتار تریبولوژیکی پوشش‌ها به ترتیب از آزمون‌های VDI3198 و پین بر دیسک ASTM-G99 استفاده شد. و درنهایت ارزیابی مکانیزم سایشی با استفاده از تصاویر SEM و آنالیز EDS از سطوح سایش نمونه‌ها صورت گرفت.
یافته­ ها: بررسی‌های فازی (به کمک آزمون XRD) و ترکیب شیمیایی (به کمک آزمون EDS) نشان داد که پوشش دارای فاز آمورف و کریستالی می‌باشد و مهم‌ترین فازهای تشکیل‌دهنده پوشش نیکل-گاما، کاربید و بوراید می‌باشد. نتایج تخلخل سنجی به کمک نرم افزار آنالیز تصویر بیانگر تخلخل بیشتر پوشش NiCrBSi-MoS₂ بود. نتایج سختی سنجی از مقطع نمونه ­ها حاکی از افزایش سختی زیرلایه در حضور پوشش‌ها بود و افزودن ذرات MoS₂ باعث کاهش سختی پوشش NiCrBSi شد. پوشش دارای MoS₂ با توجه به ساختار کریستالی و قابلیت تغییر شکل پلاستیک بهتر، رفتار چسبندگی بهتری دارد. نتایج تریبولوژیکی حاکی از برتر بودن پوشش NiCrBSi-MoS₂ با توجه به قابلیت مناسب تغییر شکل پلاستیک و همچنین خاصیت روانکاری ذاتی (بر اساس ساختار کریستالی) در این آزمون‌ بود. مشخص شد که در دمای محیط نمونه‌ها عمدتاً دارای مکانیزم سایش ورقه‌ای بودند و در دمای بالا سایش اکسیداسیونی به عنوان مکانیزم ثانویه به تخریب سطح کمک می‌کرد.
نتیجه ­گیری: افزودن MoS₂ به پوشش NiCrBSi  موجب تخلخل بیشتر، زبری بیشتر، سختی کمتر و رفتار چسبندگی و سایشی برتر پوشش گردید. همچنین افزودن MoS₂ به پوشش موجب بهبود مقاومت سایشی پوشش در دمای بالا گردید.

کلیدواژه‌ها

پاشش حرارتی؛ سولفید مولیبدن؛ سایش؛ مکانیزم سایش؛ فولاد زنگ نزن 304

عنوان مقاله [English]

Effect of MoS2 Addition on High Temperature Wear Behavior of NiCrBSi Coating Produced by Thermal Spraying

نویسندگان [English]

Mohammad Razazi Boroujeni¹؛ Hind Khalaf Shayea Al Fadhli²؛ Farhad Azimifar³

¹Assistant prof. of Materials Engineering, Department of Materials Engineering, Lenjan Branch, Islamic Azad University, Isfahan ,Iran

²MSc student of Materials Engineering, Department of Materials Engineering and Metallurgy, South Tehran Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran

³Assistant prof., Department of Biomedical Engineering, Islamic Azad University, Isfahan branch, Isfahan, Iran

چکیده [English]

Abstract
Introduction: The thermal spraying method with the aim of increasing the working life of steel parts is one of the most important solutions in surface engineering to solve the problem of wear.
Methods In this research, NiCrBSi and NiCrBSi-MoS₂ coatings were applied on 304 stainless steel by thermal spraying, and then the wear behavior was evaluated at ambient temperature and 500 degrees. Phase investigations were done by X-ray diffraction test. The chemical composition of the coatings was checked with the help of energy dispersive spectrometer analysis. Porosity was investigated with the help of optical microscope and scanning electron microscope images. The hardness of the samples was measured using a microhardness test. In order to check the adhesion and tribological behavior of the coatings, VDI3198 and ASTM-G99 pin-on-disk tests were used, respectively, and finally, the wear mechanism was evaluated using SEM images and EDS analysis of the wear surfaces of the samples.
Findings: Phase analysis (XRD) and chemical composition (EDS) showed that the coating has an amorphous and crystalline phase and the most important phases of the coating are nickel-gamma, carbide and boride. Porosity measurement results with the help of image analysis software showed higher porosity of NiCrBSi-MoS₂ coating. The results of hardness measurement from the cross-section of the samples indicated an increase in the hardness of the substrate in the presence of coatings, and the addition of MoS₂ particles decreased the hardness of the NiCrBSi coating. The coating with MoS₂ has better adhesive behavior due to its crystalline structure and better plastic deformation ability. The tribological results indicated the superiority of the NiCrBSi-MoS₂ coating due to the appropriate ability of plastic deformation as well as the intrinsic lubrication property (based on the crystal structure) in this test. It was found that at ambient temperature, the samples mainly had lamellar wear mechanism, and at high temperature, oxidation wear as a secondary mechanism helped to destroy the surface.
Conclusion: The addition of MoS₂ to NiCrBSi coating caused more porosity, more roughness, less hardness and better wear behavior of the coating. The addition of MoS₂ to the coating improved the wear resistance of the coating at high temperature.

کلیدواژه‌ها [English]

Thermal spray, Molybdenum sulfide, Wear, Wear mechanism, 304 Stainless Steel

مراجع

 [1] Peterson, Marshall B. Friction and Wear Investigation of Molybdenum Disulfide I: Effect of Moisture. No. NACA-TN-3055. 1953.‏

[2] Johnson, Virgil R., and George W. Vaughn. "Investigation of the mechanism of MoS2 lubrication in vacuum." Journal of Applied Physics 27.10 (1956): 1173-1179.‏

[3] Kumar, Rahul, et al. "Solid lubrication at high-temperatures—a review." Materials 15.5 (2022): 1695.‏

[4] Gou, Junfeng, et al. "A Comparison Study of the Friction and Wear Behavior of Nanostructured Al2O3-YSZ Composite Coatings With and Without Nano-MoS2." Journal of Thermal Spray Technology 31.3 (2022): 415-428.‏

[5] He, Yang, et al. "Self-lubricating Ni-P-MoS2 composite coatings." Surface and Coatings Technology 307 (2016): 926-934.‏

[6] Habib, K. A., et al. "Effects of thermal spraying technique on the remelting behavior of NiCrBSi coatings." Surface and Coatings Technology 444 (2022): 128669.‏.‏

[7] Mukhtar, Sheikh Haris, et al. "Nano-mechanical and nano-tribological characterisation of self-lubricating MoS2 nano-structured coating for space applications." Tribology International 178 (2023): 108017.‏

[8] Somervuori, Mervi, et al. "Comparative study on the corrosion performance of APS-, HVOF-, and HVAF-sprayed NiCr and NiCrBSi coatings in NaCl solutions." Journal of Thermal Spray Technology 31.5 (2022): 1581-1597.‏

[9] Zouari, S., et al. "Comparative study of HVOF-sprayed NiCrBSi alloy and 316L stainless steel coatings on a brass substrate." Journal of Thermal Spray Technology 28.6 (2019): 1284-1294.‏

[10] Konuru, S. Lakshmi Kanth, V. Umasankar, and Arun Sarma. "A comparison of qualitative and quantitative adhesion analysis for a composite thin film system." Materials Today: Proceedings 46 (2021): 1243-1246.‏

[11] Singh, Gagandeep, Manpreet Kaur, and Rohit Upadhyaya. "Wear and friction behavior of NiCrBSi coatings at elevated temperatures." Journal of Thermal Spray Technology 28 (2019): 1081-1102.‏

[12] Zandrahimi, Morteza, A. Poladi, and Jerzy A. Szpunar. "The formation of martensite during wear of AISI 304 stainless steel." Wear 263.1-6 (2007): 674-678.‏

[۱۳]. خسروی, محسن, لطفی, بهنام, عرفانمنش, محمد, رمضانی, مظاهر. اعمال و مشخصه‌یابی پوشش‌های نانوساختار اکسید کروم پاشش حرارتی شده. فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین, 1394; 5(20): 165-174.