تاثیر دما و زمان بر سینتیک رشد لایه‌ی ترکیبات بین فلزی در فرایند آلومپاشی یک فولاد ساده کربنی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، مهندسی مواد، دانشگاه حکیم سبزواری، سبزوار، ایران.

2 دانشیار، دانشکده مهندسی متالورژی و مواد، دانشگاه علم و صنعت ایران ، تهران، ایران.

چکیده

در این تحقیق تاثیر دمای مذاب آلومینیم و زمان غوطهوری نمونه فولادی در آن، بر اتصال بین فولاد و آلومینیم و نحوه‌ تشکیل و رشد ترکیبات بین فلزی در فصل مشترک مورد بررسی قرار گرفت. میله‌های فولادی پس از آماده‌سازی سطحی، درون مذاب آلومینیم خالص و داخل بوته‌ی آلومینایی در دماهای 680، 720، 760 و 800 درجۀ سانتیگراد فرو برده شده و به ترتیب برای زمان‌های مختلف 5، 10، 15 و 20 دقیقه درون مذاب نگه‌داشته شد. سپس از مذاب بیرون آورده و در هوا خنک شدند. پس از انجماد، ریزساختار فصل مشترک تشکیل شده بین زیرلایه‌ی فولادی و آلومینیم با میکروسکوپ نوری(OM)، میکروسکوپ الکترونی(SEM) و اسپکتروسکوپی اشعه ایکس (EDS) مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصل نشان داد که لایه‌ی بین فلزی از دوترکیب بین فلزی FeAl3 و Fe2Al5 تشکیل شده است، که بخش بیشتری از لایه‌ی بین فلزی را لایه‌ی Fe2Al5 با مورفولوژی زبانه‌ای تشکیل داده است. با افزایش دما و زمان غوطه‌وری نوع ترکیبات تشکیل شده ثابت بوده و فقط ضخامت لایه‌ی بین فلزی تغییر کرده است. بدین صورت که با افزایش دمای مذاب و زمان غوطه‌وری ضخامت لایه‌‌ی بین فلزی و به وِیژه لایه‌ی Fe2Al5 تا یک مقدار بیشینه افزایش یافته و سپس با افزایش بیشتر دما و زمان، کاهش ضخامت لایه‌ی بین فلزی مشاهده شده است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

The Effects of Temperature and Time on the Kinetic of the Intermetallic Layers Growth During Aluminizing Process of a Low Carbon Steel

نویسندگان [English]

  • Hadi Baradaran Mehrabadi 1
  • Hasan Saghafian 2
  • Mehdi Divandari 2
1 Ph.D. student, School of Material Engineering, Hakim sabzevari University, sabzevar, Iran.
2 Associate professor, School of Metallurgy & Materials Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran.
چکیده [English]

In this study, the effects of molten Al temperature and immersion time of steel samples on the joining of Al and steel and the formation and growth of intermetallic compounds, at the interface, were examined. Following surface pretreatment, steel rods were immersed into the pure aluminum melt (in an Alumina crucible) at temperatures of 680, 720, 760 and 800 Celsius and kept for different times of 5, 10, 15 and 20 minutes, at each temperature followed by air cooling after being taken out of the melt. (Then were taken out and cooled in airwhere.) Afterwards, the microstructure of interface between steel substrate and aluminium was examined by optical microscopy (OM), scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) and Vickers hardness tests. The results showed that the main (two) intermetallic compounds formed at the Al/steel interface are FeAl3 and Fe2Al5 (were observed in reaction interface of steel substrate and aluminium. These intermetallic compounds were FeAl3 and Fe2Al5.) with a larger part of the intermetallic layer being the Fe2Al5 layer with a tongue- like morphology. As the temperature and time of immersion increase, only the thickness of the intermetallics changed without changing their composition. Thus, with increasing melt temperature and immersion time, the thickness of the intermetallic layer, especially Fe2Al5 layer, increased to a maximum value and then reduction of the thickness of the intermetallic layer was observed with further increase in temperature and time.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Aluminizing
  • Hot-dip
  • Interface of Steel / Aluminum
  • Intermetallic

مراجع

1- Metals handbook, “Surface Engineering”, ASM, 10th , 1992; v5.
2-  Wenming Jiang, Zitian Fan, Guangyu Li, Chi Li. Effects of zinc coating on interfacial microstructures and mechanical properties of aluminum/steel bimetallic composites. Journal of Alloys and Compounds. 2016; 678: 249-257.
3- Kyo Y, Yadav A.P, Nishikata A, Tsuru T. Hydrogen entry behaviour of newly developed AleMgeSi coating produced by physical vapor deposition. Corrosion Science Journal. 53 (2011) 3043-3047.
4- پیمان عمرانیان محمدی، رامین رئیس زاده، حمیدرضا شاهوردی. "خواص خوردگی دمای بالای پوشش‌های آلومیناید آهن تولید شده به روش دو مرحله‌ای روی فولاد ساده کربنی" مجله مهندسی متالورژی، دوره 20 شماره 2 تابستان 1396: 109-120.
5- عبدالسلام کریم زاده، علیرضا صبور روح اقدم. " تشکیل پوشش NiAl با استفاده از فرایند آلومینایزینگ اکتیویته بالا به صورت تک مرحله‌ای، بررسی ریزساختار و مکانیسم تشکیل آن" مجله علوم مهندسی سطح، دوره 18 1392: 33-44.
6- Pratim Dey P, Modak P, Banerjee P.S, Chakrabarti D, Seikh A, Abdo H, Luqman M,Ghosh M. Studies on the characterization and morphological features of the coating on interstitial free steel dipped in molten Al-Si-Mg alloy at 800 ◦C. J Mater Res Technol . 2020;9(3):4788–4805.
7- Naoki Takata, Manamu Nishimoto, Satoru Kobayashi, Masao Takeyama. Crystallography of Fe2Al5 phase at the interface between solid Fe and liquid Al.  Intermetallics. 2015; 67: 1-11.
8-  Muhammad A, Dong Bok L. High Temperature Corrosion of Hot-Dip Aluminized Steel in Ar/1%SO2 Gas. International Materials Reviews.2017; 23 (1): 92-97.
9- Hwang SH, Song JH, Kim YS. Effects of carbon content of carbon steel on its dissolution into a molten aluminum alloy. Materials Science and Engineering A. 2005; 390: 437–443.
10- Akdeniz MV, Mekhrabov A0, Yilmaz T. The role of Si addition on the interfacial interaction in Fe-Al diffusion layer. ScriptaMetaUurgica et Materialia. 1994; 3: 1723-1728.
11- Joshi V, Srivastava A, Shivpuri R. Intermetallic formation and its relation to interface mass loss and tribology in die casting dies. Wear journal. 2004; 256: 1232–1235.
12- Dybkov VI. Reaction diffusion in heterogeneous binary systems - Part 3 Multiphase growth of the chemical compound layers at the interface between two mutually insoluble substances. journal of material science. 1987;  22: 4233-4239.
13- Dybkov VI. Phase formation and diffusion in binary systems: Real facts and misleading views. Materials Science and Technology Conference and Exhibition. 2007; 3:  1797-1808.
14- Bouche K, Barbier F, Coulet A. Intermetallic compound layer growth between solid iron and molten aluminium. Materials Science and Engineering A. 1998; 249: 167–175.
15- Tanaka Y,  Kajihara M. Morphology of Compounds Formed by Isothermal Reactive Diffusion between Solid Fe and Liquid Al. Materials Transactions. 2009; 50: 2212-2220.
16- Dybkov VI. The growth kinetics of intermetallic layers at the interface of a solid metal and a liquid solder. JOM Journal. 2009;  61: 76-79.
17-  Porter DA, Esterling KE. Phase transformations in metals and alloys. 2008; Chapman & Hall, 4th edition.
18-  Marra J C. Dissolution of stainless steel by molten aluminum alloys final report. WSRC-TR-92-543. 1992: 6-57.
19- Deqing W, Ziyuan S, Longjiang Z. A liquid aluminum corrosion resistance surface on steel substrate.
Applied Surface Science. 2003; 214: 304-311.
20- Wenming Jiang, Zitian Fan, Guangyu Li, Xinwang Liu, Fuchu Liu. Effects of hot-dip galvanizing and aluminizing on interfacial microstructures and mechanical properties of aluminum/iron bimetallic composites. Journal of Alloys and Compounds. 2016; 688: 742-751.
21- Tanaka Y, Kajihara M. Kinetics of isothermal reactive diffusion between solid Fe and liquid Al.  Journal of Material Science. 2010; 45: 5676–5684.
22- Sasaki T, Yakou T, Mochiduki K, Ichinose K. Effect of carbon contents in steel on alloy layer growth during hot-dip aluminum coating. ISIJ international. 2005; 45: 1887-1892.
23- Checchetto R, Tosello C, Miotello A, Principi G. Structural evolution of  Fe–Al multilayer thin films for different annealing temperatures. Journal of Physics: Condensed Matter
. 2001; 13: 811–821.
24- Bouayad A, Gerometta Ch, Belkebir A, Ambari A. Kinetic interactions between solid iron and molten aluminium. Materials Science and Engineering A. 2003; 363: 53–61.
25- Kobayashi S, Yakou T. Control of intermetallic compound layers at interface between steel and aluminum by diffusion-treatment. Material Science Eng. 2002; 338: 44–53.
26- Prashanth Huilgol, Suma Bhat K, Udaya Bhat. Hot-Dip Aluminizing of Low Carbon Steel Using Al-7Si-2Cu Alloy Baths.  Journal of Coatings. 2013; 2013, Article ID 180740: 6 pages.
27- Wang Ch-J, Chen Sh-M. The high-temperature oxidation behavior of hot-dipping Al–Si coating on low carbon steel.  Surface & Coatings Technology. 2006; 200: 6601–6605.

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 08 اردیبهشت 1398
  • تاریخ بازنگری: 01 شهریور 1399
  • تاریخ پذیرش: 16 شهریور 1399

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار