عنوان پایان‌نامه
ایجاد لایه های کامپوزیتی حاوی WC روی زیر لایه منیزیمی از طریق ذوب سطحی و مشخصه یابی آنها
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: TN 1112;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 64008
- تاریخ دفاع
- ۲۹ تیر ۱۳۹۳
- دانشجو
- بابک مهرجو
- استاد راهنما
- محمود حیدرزاده سهی, رضا سلطانی
- چکیده
- منیزیم به عنوان فلزی استراتژیک در صنایع خودروسازی، هوافضا و غیره استفاده می شود. آلیاژهای منیزیم علی رغم دارا بودن خواص مطلوبی نظیر سبکی و استحکام به وزن مناسب نسبت به آلیاژهای آلومینیم، تیتانیم و فولاد، خواص تریبولوژیکی ضعیفی دارد. یکی از روش های بالقوه بهبود خواص تریبولوژیکی انجام فرایندهای ذوب، آلیاژسازی سطحی و ایجاد لایه های کامپوزیتی با استفاده از پرتوهای پرانرژی نظیر پرتو لیزر است. در این پژوهش عملیات کامپوزیت سازی سطحی روی آلیاژ منیزیم AZ91D پیش نشست شده با لایه حاصل از پاشش پلاسمایی WC-12wt% Co، با استفاده از لیزر Nd:YAG پالسی انجام شد. ساختار لایه ها و فازهای حاصل از عملیات کامپوزیت سازی سطحی توسط میکروسکوپ نوری، میکروسکوپ الکترونی مجهز به طیف‌سنجی انرژی پرتو ایکس و پراش سنجی پرتو ایکس بررسی شدند. لایه¬های سطحی حاصل از عملیات کامپوزیت سازی شامل زمینه ای بر مبنای ?-Mg و یوتکتیک Mg-Mg17Al12 به همراه ذرات WC، W2C و Mg2C3 بودند همچنین اثر پارامترهای لیزر نظیر انرژی پالس، سرعت روبش، فرکانس و فاصله از سطح قطعه کار، بر هندسه حوضچه مذاب بررسی شد. در تمامی نمونه هایی که تنها یک پاس تحت عملیات کامپوزیت سازی سطحی توسط پرتو لیزر قرار گرفتند، مقداری از پوشش به دلیل تفاوت در نقطه ذوب بین لایه پیش نشست شده و زیر لایه و همچنین جریان مارانگونی، در گوشه های فوقانی حوضچه مذاب جمع شد. این عیب با همپوشانی عرضی خطوط لیزر به میزان 50% و در بالاترین میزان چگالی توان (W/m2 109×59/1) مرتفع شد. در ادامه سختی و خواص تریبولوژیکی لایه های حاصل نیز مورد مطالعه قرار گرفتند. نتایج به دست آمده نمایانگر افزایش سختی پس از کامپوزیت سازی تا حد 250 ویکرز بود، در حالی که سختی آلیاژ پایه AZ91D در حد 70 ویکرز بود و سختی لایه پس از ذوب سطحی حداکثر 110 ویکرز به دست آمد. همچنین نرخ سایش لایه کامپوزیتی نیز نسبت به آلیاژ پایه نصف شد. ضریب اصطکاک لایه¬های کامپوزیتی از آلیاژ AZ91D بالاتر بود اما با افزایش نیروی اعمالی در حین سایش کاهش یافت. کلمات کلیدی: لیزر Nd:YAG پالسی، منیزیم، کامپوزیت سازی سطحی، کاربید تنگستن، ریزسختی، مقاومت به سایش
- Abstract
- Despite promising properties such as high strength to weight ratio, Magnesium alloys suffer from poor tribological properties. Liquid phase surface engineering including surface melting, alloying and formation of composite layers by using high energy beams such as laser beam have been applied on magnesium alloys for improving their tribological performance. In the present work, laser surface compositing of AZ91D was studied by pre-plasma spraying of the magnesium with WC-12wt% Co and subsequently surface melting by pulsed Nd:YAG laser. The phase and microstructure of the fabricated layer were characterized by optical microscope, scanning electron microscope equipped with energy dispersive spectroscopy (EDS) and X-ray diffractometry. The hardness and tribological properties of the resulted layer were examined as well. The surface layers were mainly consisted of ?-Mg and eutectic Mg-Al12Mg17 as matrix and WC, W2C and Mg2C3 as dispersed compounds. The effect of laser parameters such as pulse energy, scanning speed and frequency of laser beam on the geometry of the melted pool was also investigated. One track laser surface compositing resulted in accumulation of pre deposited WC-Co on the top corners of the melted pools, due to the marangoni effect and difference in the melting points of the magnesium sub-layer and WC-Co top-layer. 50% latitudinal overlappling at 1.59×109 W/m2 power density solved this problem. The hardness of the composite layer fabricated by optimum processing condition reached to a maximum value of 250HV, more than 3.5 times of that of the base AZ91D (70HV). As a consequence the wear rate of the composite layer reduced to less than half of the magnesium substrate. Keywords: Magnesium, Laser surface compositing (LSC), Pulsed Nd:YAG laser, WC-Co, Air plasma spray (APS), Hardness, Wear
