بوردهیTi–۶Al–۴V آلیاژ لیزر BN

بوردهیTi–۶Al–۴V آلیاژ لیزر BN – ایران ترجمه – Irantarjomeh

مقالات ترجمه شده آماده گروه متالورژی

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات

چگونگی سفارش مقاله

الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.

بوردهی لیزر Ti–۶Al–۴V در نتیجه آلیاژ سازی لیزر با BN پیش- گزین شده

چکیده

این مقاله نسبت به بررسی تاثیر آلیاژ سازی لیزر CO₂ بر روی پوشش / اندود BN پیش گزین شده با استفاده از آلیاژ Ti–۶Al–۴V اقدام می نماید. تشکیل بورید تیتانیوم و نیترید تیتانیوم با استفاده از پراش اشعه X با پراکندگی انرژی (EDXRD) مورد بررسی قرار گرفته و نتیجه آن در ارتباط باریز سختی و ریز ساختار مشخص شد. نفوذ نیتروژن و بور در طی فرآیند بوردهی لیزر با استفاده از طیف سنجی جرم یون ثانویه (SIMS) مشخص شده است و آنالیز طیف سنجی فوتوالکترون اشعه X (XPS) با نتایج EDXRD مقایسه می گردد. سختی سطح HV1500–۱۷۰۰ در لایه بوردهی شده ۵ تا ۶ برابر بیشتر از سختی حاصله از آلیاژ Ti–۶Al–۴V بدون این فرآوری بوده است. چنین موردی با لایه های سوزنی شکل و ریزساختارهای نوع دندریتی مقایسه شد. مقادیر دمای سطح ارزیابی شده از نقطه نظر تئوریکی جهت تفسیر شکل گیری مرکب در لیزر آلیاژ سازی شده لیزری به کار گرفته شد.

کلمات کلیدی: آلیاژ سازی سطح لیزر، لیزر CO₂، Ti–۶Al–۴V، بوردهی، بورید تیتانیوم، نیترید تیتانیوم

بوردهیTi–۶Al–۴V آلیاژ لیزر BN

۱- مقدمه

تیانیوم و آلیاژهای آن به طور گسترده ای در صنعت هوا فضا به واسطه خواص خاص آنها، نظیر وزن سبک، نسبت استحکام بالای آن در برابر وزن، مقاومت در برابر خوردگی، مقاومت در برابر اکسایش و خواص دمایی ممتاز بالا، به کار گرفته می شوند. تحت شرایط خوردگی و اصطکاک شدید، استفاده از این آلیاژها کاملا به واسطه مقاومت ضعیف آنها در برابر خوردگی محدود می شود. فرآیندهای اصلاح مختلف سطح جهت ارتقای سختی و مقاومت در برابر خوردگی این گونه آلیاژها به کار گرفته شده اند. به طور مثال، کاشت یونی Ti–۶Al–۴V با نیتروژن [۱، ۲]، رسوب بخار فیزیکی و رسوب بخار شیمیایی لایه سرامیک سخت بر روی Ti [3، ۴] و نیتروسختی / نیتروژن دهی یونی پلاسما [۵، ۶]. تکنیک های پوشش / اندود الکترولس نیکل و نفوذ نیکل [۷-۹] همچنین قابلیت ارتقای رفتار خوردگی تیتانیوم را خواهد داشت. این موارد بر مبنای نفوذ نیکل در تیتانیوم پایه می باشد. علاوه بر فرآیندهای فوق، تیتانیوم و آلیاژهای آن را می توان به طور موثر بور دهی نمود تا قابلیت ارتقای مقاومت آنها  در برابر خوردگی بوجود آید [۱۰].

فرآیند بوردهی متعارف دارای محدودیت هایی همانند ضخامت اندک لایه و زمان طولانی تر فرآوری بوده است. یک فناوری نوین جدید، آلیاژ سازی سطح لیزر، قابلیت ارتقای خواص سطح  تیتانیوم و آلیاژهای آن را بوجود خواهد آورد. Yerraramareddy  و Bahadur [11] پیشنهاد نمودند که فرآیندهای نیتروسختی لیزر، ذوب لیزر و آلیاژ سازی لیزری نیکل با تیتانیوم قابلیت ارتقای خواص سطح تیتانیوم را خواهد داشت. جهت ارتقای سختی Ti–۶Al–۴V، Cooper و Sledbodnik [12] اقدام به بررسی سطح سخت با استفاده از Triballoy-400 آلیاژ سخت – روکشی مبتنی بر پایه Co) با استفاده از فرآیند تزریق مذاب- ذره لیزری نموده و یک سختی HV900–۱۲۰۰ را حاصل نمودند. بوردهی لیزر به عنوان یک ابزار جدید جهت ارتقای مقاومت در برابر خوردگی آلیاژهای تیتانیوم به شمار می آید. …

بوردهیTi–۶Al–۴V آلیاژ لیزر BN

۲- جزئیات تجربی

۱-۲٫ مواد

فرآوری لیزری بر روی نمونه های آلیاژ Ti–۶Al–۴V با اندازه  انجام شد. پودر نیترید بور نرم با اندازه ۱۰ میکرومتر با یک ماده چسبنده ارگانیک (پلی وینیل الکل) ترکیب شد و بصورت دستی بر روی سطح زیرلایه به ضخامت حدودا صد میکرومتر برس شد. قبل از این پوشش، نمونه های آلیاژ تیتانیوم در یک محلول حاوی  برای ده دقیقه اچ شدند.

۲-۲٫ فرآوری لیزری

آلیاژ سازی با استفاده از لیزرkW CO₂  ۵ (که به صورت محلی در مرکز فناوری پیشرفته تولید شد) با بکارگیری در مود TEM₀₁ انجام گرفت. پرتوی خام به قطر ۲۵ میلی متر با استفاده از لنز ۶۵ میلی متری ZnSe فوکوس شد. با استفاده از مرحله انتقال X–Y کنترل شده کامپیوتری، نمونه در جهت حرکت مسیر عرضی، با توجه به پرتوی لیزر، قرار گرفت. آزمایش آلیاژ سازی در سه سطح توان متفاوت ۵/۱ kW 0/2 kW و ۵/۲ kW انجام شد که در آن قطر پرتو و سرعت پویش به صورت ثابت حفظ گردید. آزمایشات آلیاژ سازی تک مسیره نیز با استفاده از قطر پرتوی ۱ میلی متر با یک سرعت اسکن  m min ^-1 0.5 انجام گردید. جهت محافظت از سطح آلیاژ در برابر اکسیداسیون در طی این فرآیند، گاز محافظ آرگون با فشار  kg cm ^-2 5/1 به سمت یک نازل هم محور تغذیه شد. به علاوه، یک جریان جنبی نیز به سمت نازل در زاویه ۳۰ درجه در جهت سطح قطعه کاری بکار گرفته شد. آرایش تجربی مرتبط با این مطالعه در شکل ۱ نشان داده شده است.

۳-۲٫ توصیفات و ویژگی ها

نمونه های آلیاژ سازی شده لیزری به صورت عرضی بریده شده و سپس با استفاده از فرآیند متالوگرافی پولیش شده و در یک محلول حاوی ۵ میلی لیتر هافنیم (HF) غلیظ، ۱۵ میلی لیتر HNO₃ غلیظ و ۸۰ میلی لیتر H₂O به مدت ۱۰ ثانیه اچ شدند. میزان سختی در امتداد عمق لایه آلیاژ سازی با استفاده از دستگاه تست گر میکروسختی ویکرز (HMV-2000، ژاپن ) مورد سنجش قرار گرفت. مورفولوژی سطح، عمق و پهنای آلیاژ سازی و ریزساختار نیز با استفاده از میکروسکوپ نوری Olympus مورد آنالیز قرار گرفت.

بوردهیTi–۶Al–۴V آلیاژ لیزر BN

۳- نتایج

۱-۳٫ ظاهر سطح

مورفولوژی سطح در یک میکروسکوپ نوری با بزرگنمایی صد برابر مورد بررسی قرار گرفت. هیچ گونه ترک خوردگی یا تخلخل در سطح مقطع بوردهی شده لیزر و بر روی سطح مشاهده نشد. امواج کوتاه بر روی سطح بوردهی شده مشهود گردیدند.

۲-۳٫ تاثیر چگالی توان لیزر بر روی عمق و پهنای آلیاژ سازی

چگالی توان لیزر بر روی سطح قطعه کاری سبب ایجاد تاثیر اصلی بر روی عمق و پهنای آلیاژ سازی می گردد. از جدول ۱، این موضوع را می توان مشاهده نمود که با افزایش چگالی توان لیزر عمق و پهنای آلیاژ سازی نیز افزایش می یابد و این مورد در چگالی توان ۳´۱۰^۵ W cm^-2 در سطح بالایی خواهد بود. شکل ۲ الف، ب و ج نشان دهنده سطح مقطع Ti–۶Al–۴V  بوردهی شده لیزری در چگالی های توان ۲٫۰´۱۰^۵ W cm^-2، ۲٫۵´۱۰^۵ W cm^-2 و ۳٫۰´۱۰^۵ W cm^-2 به ترتیب می باشد. در نزدیک سطح فوقانی لایه آلیاژ سازی شده، برخی از موارد تجزیه / جدایش سبب حصول چگالی های توان کمتری به واسطه جریان همرفتی / همبرداری قدرتمند و تنش سطح گرادیان در مایع مذاب می شود. در بالاترین چگالی توان ۳٫۰´۱۰^۵ W cm^-2، الگوی جریان مشاهده نشده است، اما جدایش رسوبات سوزنی در لایه آلیاژ سازی شده مشهود بوده است.

بوردهیTi–۶Al–۴V آلیاژ لیزر BN

۳-۳٫ آنالیز پراش اشعه X  با تفکیک انرژی

شکل ۳ الف، ب نشان دهنده الگوی  EDXRD  فرآوری نشده  و  بوردهی شده لیزری به ترتیب  می باشد. سطح فرآوری نشده نشان دهنده فاز تیتانیوم است. نتیجه EDXRD معرف وجود فازهای TiB، Ti₃B₄ و Ti₂N در لایه آلیاژ شده می باشد. این مورد به صورت شایع حاوی فاز TiB قدرتمندتر است. الگوی EDXRD معرف فاز TiB قدرتمندتر در جهت (۱۱۱)، (۱۱۲) و (۱۱۳) و پیک های ضعیف تر (۴۰۱) و (۲۱۳) می باشد. فاز Ti₃B₄ نشان دهنده پیک های قدرتمند  و ضعیف در جهت (۱۵۰) و (۱۳۰) به ترتیب می باشند. به علاوه، فازهای با شدت کمتر Ti2N همچنین در لایه آلیاژشده مهیا شده اند. در لایه آلیاژ سازی شده با انجامد سریع، فازهای بورید و نیترید به واسطه برهمکنش شیمیایی، بین نیتروژن و بور نفوذ یافته، با تیتانیوم وجود دارند.

۴-۳٫ آنالیز طیف سنجی جرمی یون ثانویه

در این مطالعه، شناسایی این موضوع که آیا B یا N در تیتانیوم مذاب در طی آلیاژ سازی لیزری BN همراه با Ti–۶Al–۴V نفوذ یافته اند یا خیر مهم می باشد. تشخیص عنصر سبک با استفاده از فناوری EDS امکان پذیر نخواهد بود، چرا که سیگنال های  اشعه  X  که  از عناصر سبک ساطع می شوند غالبا در محدوده انرژی پایین / کم (نوعا کمتر از ۱ keV) بوده و تشخیص گر آن از حساسیت ضعیفی نیز برخوردار می باشد. بنابراین، ما نسبت به انجام آنالیز SIMS جهت کنترل نفوذ بور و نیتروژن در ناحیه آلیاژ سازی شده لیزری استفاده نمودیم.

بوردهیTi–۶Al–۴V آلیاژ لیزر BN

۵-۳ آنالیز طیف بینی فوتوالکترون اشعه X

آنالیز XPS سطح آلیاژ سازی شده لیزری (شکل ۵) معرف آن است که این مورد به صورت شایع حاوی گونه های تیتانیوم، بور و نیتروژن می باشد. ناحیه  Ti2p_3/2 در انرژی پیوند بالاتر ۴۵۴ eV تعامل اصلی را با سیگنال خواهد داشت. پیک XPS که در ۴۵۴ eV یافت شده است بسیار نزدیک به انرژی های پیوندی گزارش شده از  تیتانیوم  عنصری  و  Ti2p_3/2  در   (۴۵۴٫۸ eV)  و ۱  (۴۵۵٫۱ eV) حاصل آمده از دیگر مطالعات XPS می باشد [۱۷، ۱۸]. بنابراین، می توان عقیده داشت که این پیک در ۴۵۴ eV مترادف با انرژی پیوندی تیتانیوم عنصری در نیترید تیتانیوم می باشد. علاوه براین، پیک های اصلی دیگر N1s و B1s نیز در انرژی پیوندی ۳۹۷٫۸ و ۱۸۹٫۸ eV به ترتیب مشاهده شده اند. این انرژی های پیوند الکترون در توافق نزدیکی با پیک های N1s (396.9 eV) و B1s(186.2 eV) که به وسیله Han و Hochman [19] در طی کاشت یون N و B همراه با آلیاژ Ti–۲۴V گزارش شده اند می باشند. بنابراین، می توان این موضوع را تصدیق نمود که حضور گونه های N1s و B1s در ترکیب با Ti2p_3/2 را می توان در ارتباط با نیترید تیتانیوم سخت و فازهای بورید تیتانیوم دانست.