سنتز پوشش کامپوزیتی Fe-TiC بر روی سطح فولاد ساده‌ی کربنی به‌منظور افزایش سختی سطح با به‌کارگیری فرایند آلیاژسازی لیزری

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی مواد دانشگاه علم و صنعت ایران

2 دانشیار دانشکده مهندسی مواد دانشگاه علم و صنعت ایران

3 کارشناس ارشد فیزیک، مرکز ملی علوم و فنون لیزر ایران

چکیده

در این تحقیق سنتز و ایجاد پوشش کامپوزیتی Fe-TiC با استفاده از کنستانتره ایلمنایت و فرایند پوشش دهی لیزری بر روی سطح فولاد ساده‌ی کربنی بررسی شد. دو ترکیب با نسبت مولی گرافیت به ایلمنایت 4 مول و 6 مول بررسی شد. نمونه‌ی با نسبت مولی 6 به مدت 100 ساعت آسیا کاری شد. مخلوط پودری با مقداری چسب مخلوط شده و به ضخامت 500 میکرون بر روی سطح فولاد AISI 1018 پیش نشانی شد. در ادامه عملیات لیزری بر روی سطح لایه‌ی پیش نشانی شده به‌منظور سنتز و ایجاد پوشش صورت گرفت. به‌منظور بررسی‌های ریزساختاری و فازی پوشش تشکیل شده از میکروسکوپ نوری (OM)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، آنالیز توزیع انرژی (EDS) و پراش پرتو ایکس (XRD) استفاده شد. همچنین به‌منظور تعیین سختی پوشش ایجاد شده از آزمون میکرو سختی ویکرز استفاده شد. نتایج نشان داد، که در نمونه‌ی با نسبت مولی استوکیومتری و بدون فعال‌سازی احیای ایلمنایت به TiC انجام نشد. در نمونه با نسبت مولی گرافیت به ایلمنایت 6 و 100 ساعت فعال‌سازی احیای ایلمنایت به‌وسیله‌ی گرافیت صورت گرفته و ذرات سخت TiC در اثر واکنش درجا ایلمنایت و گرافیت ایجاد می‌شوند. بررسی‌های ریزساختاری نشان داد، که ذرات TiC به‌صورت کروی در ساختار تشکیل می‌شوند. پوشش ایجاد شده سختی بالایی را نسبت به زیرلایه از خود نشان داد، به‌طوری که سختی سطح تا 1100 ویکرز افزایش یافت.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Synthesis of Fe-TiC composite coating on plain carbon steel surface to hardness increasing by using laser alloying process

نویسندگان [English]

  • Araman Khalili 1
  • Masoud Goodarzi 2
  • Mohammad Javd Torkamany 3
  • Ali Chehreghani 3
چکیده [English]

In this research synthesis and creating of Fe-TiC coating on plain carbon steel using ilmenite and laser alloying process was investigated. Two composition with the molar ratio of graphite to ilmenite 4:1 and 6:1 was investigated. The sample with molar ratio 6:1, were activated for 100h. Blended powder were mixed with amount of glue and pasted on AISI 1018 surface. Then laser surface alloying was done. The Result showed in un-milled sample ilmenite not reduction to TiC but in activated sample ilmenite reduction to Fe and TiC. The results showed that TiC were formed via in situ reaction between ilmenite and graphite in the molten pool during laser alloying process. The morphologies of TiC were of spherical shape; and the titanium carbides were distributed uniformly in the composite coating. Compared to the substrate, the hardness of the coatings reinforced by TiC particles were significantly enhanced.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Coating
  • TiC
  • Laser
  • Ilmenite

 

1-       Ariely, S., J. Shen, M. Bamberger, F. Dausiger and H. Hugel (1991). "Laser surface alloying of steel with TiC." Surface and Coatings Technology 45(1): 403-408.

2-       Asthana, R., A. Kumar and N. B. Dahotre (2006). Materials processing and manufacturing science, Butterworth-Heinemann.

3-       Burakowski, T. and T. Wierzchon (1998). Surface engineering of metals: principles, equipment, technologies, CRC press.

4-       Calka, A., D. Oleszak and N. Stanford (2008). "Rapid synthesis of TiC–Fe< sub> 3 C composite by electric discharge assisted mechanical milling of ilmenite (FeTiO< sub> 3) with graphite." Journal of alloys and compounds 459(1): 498-500.

5-       Chehrghani, A., M. Torkamany, M. Hamedi and J. Sabbaghzadeh (2012). "Numerical modeling and experimental investigation of TiC formation on titanium surface pre-coated by graphite under pulsed laser irradiation." Applied Surface Science 258(6): 2068-2076.

6-       Chen, Y., T. Hwang, M. Marsh and J. Williams (1997). "Mechanically activated carbothermic reduction of ilmenite." Metallurgical and Materials Transactions A 28(5): 1115-1121.

7-       Das, K., T. Bandyopadhyay and S. Das (2002). "A review on the various synthesis routes of TiC reinforced ferrous based composites." Journal of materials science 37(18): 3881-3892.

8-       Dewan, M. A., G. Zhang and O. Ostrovski (2010). "Carbothermal reduction of a primary ilmenite افشرده in different gas atmospheres." Metallurgical and Materials Transactions B 41(1): 182-192.

9-       Emamian, A., S. F. Corbin and A. Khajepour (2011). "The influence of combined laser parameters on in-situ formed TiC morphology during laser cladding." Surface and Coatings Technology 206(1): 124-131.

10-   Jiang, W. and R. Kovacevic (2007). "Laser deposited TiC/H13 tool steel composite coatings and their erosion resistance." Journal ofmaterials processing technology 186(1): 331-338.

11-   Raghavan, V. (2003). "C-Fe-Ti (carbon-iron-titanium)." Journal of phase equilibria 24(1): 62-66.

12-   Toyserkani, E., A. Khajepour and S. F. Corbin (2004). Laser cladding, CRC press.

13-   Welham, N. (1998). "Mechanically induced reduction of ilmenite (FeTiO< sub> 3) and rutile (TiO< sub> 2) by magnesium." Journal of alloys and compounds 274(1): 260-265.

14-   Welham, N. and P. Willis (1998). "Formation of TiN/TiC-Fe composites from ilmenite (FeTiO3) concentrate." Metallurgical and Materials Transactions B 29(5): 1077-1083.

15-   William, M. S. (1991). Laser material processing, Springer-Verlag, Berlin.

16-   Wu, X. (1999). "In situ formation by laser cladding of a TiC composite coating with a gradient distribution." Surface and Coatings Technology 115(2): 111-115.

17-   Xiaolei Wu, Y. H. (2001). "Microstructure and mechanical properties at TiCp/Ni-alloy interfaces in laser-synthesized coatings."

18-   Yang, S., M. Zhong and W. Liu (2003). "TiC particulate composite coating produced in situ by laser cladding." Materials Science and Engineering: A 343(1): 57-62.