بررسی قابلیت پوشش‌دهی SiC توسط فرآیندهای APS و HVOF از طریق روکش کاری نیکل-فسفر بر پودر اولیه

مهندسی متالورژی و مواد

مقاله 8، دوره 34، شماره 4 - شماره پیاپی 32، بهمن 1402، صفحه 17-30   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jmme.2023.81846.1107

نویسندگان

پژمان زمانی مقدم^* ؛ ضیاء والفی؛ مسعود میرجانی

گروه سطح و پوشش، دانشکده مواد و فناوری های ساخت، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران

چکیده

در این تحقیق، از پودر کاربید سیلیسیم (SiC) با اندازه ذرات 30 تا 45 میکرومتر و مورفولوژی نامنظم، جهت پوشش‌دهی در حمام الکترولس نیکل استفاده شد. تاثیر پارامترهای خشن‌سازی سطح ذرات در محلول اسیدی و زمان فرآیند الکترولس بر یکنواختی و ضخامت پوشش Ni-P روی ذرات SiC مورد بررسی قرار گرفت. پودر کامپوزیتی SiC(Ni)-70vol.%Co توسط فرآیندهای پاشش سوخت‌اکسیژن سرعت بالا (HVOF) و پاشش پلاسمای اتمسفری (APS) روی زیرلایه‌هایی از جنس فولاد ساده کربنی پوشش‌دهی شد. پودر کامپوزیتی از مخلوط مکانیکی پودر کبالت با پودر کاربید سیلیسیم روکش‌شده SiC(Ni) به دست آمد. ریزساختار سطح مقطع و مورفولوژی ذرات پودر و پوشش‌های متناظر توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) بررسی شد. نتایج نشان دادند که آماده‌سازی سطحی پودر SiC توسط خشن‌سازی ذرات با محلول HF/NaF و زمان الکترولس 5 دقیقه منجر به تشکیل روکش پیوسته و یکنواخت Ni-P با ضخامت 1 الی 3 میکرومتر روی ذرات SiC شد. روکش الکترولس نیکل طی پاشش حرارتی توسط HVOF به خوبی از ذرات SiC در برابر تجزیه و اکسیداسیون محافظت کرد و به عنوان یک حامل منجر به قرارگیری و توزیع SiC در پوشش کامپوزیتی SiC(Ni)-Co گردید. در فرآیند APS به دلیل دمای بسیار بالای جت پلاسما و تجزیه حرارتی، ذرات SiC در ریزساختار پوشش مشارکت بسیار کمی داشتند. میکرو سختی دو پوشش نامبرده به ترتیب 40 ± 570 و HV0.3 460± 30 اندازه‌گیری شد که این تفاوت ناشی از تاثیر توزیع چشمگیر SiC در پوشش HVOF بود.

کلیدواژه‌ها

کاربید سیلسیم؛ Ni-P؛ پاشش حرارتی؛ HVOF؛ APS

مراجع

[1]   O. Dervis, “Structural characteristics and wear, oxidation, hot corrosion behaviors of HVOF sprayed Cr₃C₂-NiCr hardmetal coatings,” Surface and Coatings Technology, Vol. 457, pp. 129319, (2023).

[2]    P. Zamani, R. Ghasemi, S. Torabi, B. Mirjani, M. Memari, M. Alizadeh, H. Khaledi, “Characterization and High-Temperature Fretting Wear Resistance of HVOF-Sprayed Cr₃C₂-NiCr, CoCrWC and CoCrWNiC Hardfacing Coatings”, Journal of Thermal Spray Technology, Vol. 31, pp. 2157-2171, (2022).

[3]   V. Matikainen, G. Bolelli, H. Koivuluoto, P. Sassatelli, “Sliding wear behaviour of HVOF and HVAF sprayed Cr₃C₂-based coatings,” Wear, Vol. 388, pp. 57-71, (2017).

[4]   E. Jonda, M. Szala, M. Sroka, L. Łatka, M. Walczak, “Investigations of cavitation erosion and wear resistance of cermet coatings manufactured by HVOF spraying,” Applied Surface Science, Vol. 608, pp. 155071, (2023).

[5]   F. Mubarok, N. Espallargas, “Thermally sprayed SiC coatings for offshore wind turbine bearing applications,” Journal of thermal spray technology, Vol. 22, pp. 1303-1309, (2013).

[6]    F. Mubarok, N. Espallargas, “Suspension plasma spraying of sub-micron silicon carbide composite coatings,” Journal of Thermal Spray Technology, Vol. 24, pp. 817-825, (2015).

[7]   W. Li, Y. Yang, H. Li, X. Zhang, Y.W. Wang, W. Tian, “TEM characterization and reaction mechanism of composite coating fabricated by plasma spraying Nb–SiC composite powder,” Ceramics International, Vol. 19, pp. 15055-15064, (2023).

[8]   A. Abolkassem, A. Omayma, H. Ayman, “Effect of consolidation techniques on the properties of Al matrix composite reinforced with nano Ni-coated SiC,” Results in Physics, Vol. 9, pp. 1102-1111, (2018).

[9]   A. Elkady, A. Abolkassem, H. Elsayed, “Microwave absorbing efficiency of Al matrix composite reinforced with nano-Ni/SiC particles,” Results in Physics, Vol. 12, pp. 687-700, (2019).

[10] M. Rossetti, S. Mathiyalagan, S. Björklund, S. Sowers, S. Joshi, “Advanced diamond-reinforced metal matrix composite (DMMC) coatings via HVAF process: Effect of particle size and nozzle characteristics on tribological properties,” Ceramics International, Vol. 49, pp. 17838-17850, (2023).

[11] W. Riedel, Electroless Nickel Plating, ASM International, Ohio, (1991).

[12] S.K. Devarakonda, “Preparation and characterization of electroless Ni coated nano alumina powder under different sensitization activation conditions,” Metallurgical and Materials Engineering, Vol. 27, pp. 275-287, (2021).

[13] M.K. Pal, “Investigation of the electroless nickel plated sic particles in SAC305 solder matrix,” Powder Metallurgy and Metal Ceramics, Vol. 58, pp. 529-537, (2020).

[14] A. Heidarzadeh, T.M. Reza, “Optimizing the mass gain percentage during Ni electroless deposition on the SiC ceramic particles,” Materials Research Express, Vol. 5, pp. 096506, (2018).

[15] H.R. Shahverdi, M. Emami, R. Dinani, “Create a nickel-phosphorus coating on the surface of silicon carbide particles by electroless process,” 8^th Congress and 3^nd international Engineering Materials and Metallurgy, Iran, Nov. 18-19, (2014). (In Persian)

[16] A. Raza, F. Ahmad, T.M. Badri, M.R. Raza, K. Malik, “An Influence of Oxygen Flow Rate and Spray Distance on the Porosity of HVOF Coating and Its Effects on Corrosion—A Review,” Materials, Vol. 15, pp. 6329, (2022).

[17] M. Oksa, E. Turunen, T. Suhonen, T. Varis, S.P. Hannula, “Optimization and characterization of high velocity oxy-fuel sprayed coatings: techniques, materials, and applications,” Coatings, Vol. 1, pp. 17-52, (2011).

[18] P. Zamani, Z. Valefi, “Comparative investigation of microstructure and high-temperature oxidation resistance of high-velocity oxy-fuel sprayed CoNiCrAlY/nano-Al₂O₃ composite coatings using satellited powders,” International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials, Vol. 18, No. 54, pp. 13-28, (2023).

[19] J. Xu, C. Zhang, G. Sun, J. Xiao, L. Zhang, G. Zhang, “Role of SiC nanoparticles on tribological properties of atmospheric plasma sprayed 5 wt% SiC–Ni60 coatings,” Tribology International, Vol. 146, pp. 106220, (2020).

[20] J.R. Davis, Surface engineering for corrosion and wear resistance, ASM international, (2001).

[21] K. Daviau, L. Kanani, “Decomposition of silicon carbide at high pressures and temperatures,” Physical Review B, Vol. 96, pp. 174102, (2017).

[22] A. Hähnel, E. Pippel, J. Woltersdorf, “Nanoprocesses of the Formation of Reaction Layers in Si‐C‐O Systems. Crystal Research and Technology,” Journal of Experimental and Industrial Crystallography, Vol. 35, pp. 663-674, (2000).

[23] E.A. Gulbransen, A.J. Sven, “The high-temperature oxidation, reduction, and volatilization reactions of silicon and silicon carbide,” Oxidation of metals, Vol. 4, pp. 181-201, (1972).

[24] H.K. Kang, B.K., Suk, “Thermal decomposition of silicon carbide in a plasma-sprayed Cu/SiC composite deposit,” Materials Science and Engineering: A, Vol. 428, pp. 336-345, (2006).

[25] S. Chelladurai, S. Jerold, “A review on mechanical properties and wear behavior of aluminum based metal matrix composites,” Materials Today: Proceedings, Vol. 37, pp. 908-916, (2021).

[26] R.K. Sharma, R.K. Das, S.R. Kumar, “Microstructure, mechanical and tribological properties of high velocity oxy fuel thermal spray coating: A review,” Materialwissenschaft und Werkstofftechnik, Vol. 54, pp. 90-97, (2023).

[27] S.W. Rukhande, W.S. Rathod, D. Bhosale, “High-temperature tribological investigation of APS and HVOF sprayed NiCrBSiFe coatings on SS 316L. Tribology-Materials,” Surfaces & Interfaces, Vol. 16, pp. 98-109, (2022).