بررسي رفتار سايشي آلياژ آلومينايد تيتانيم پايه گاما قبل و بعد از فرآيند دوتايي نيتروژن دهي پلاسمايي و رسوب فيزيكي بخار

Evaluation of Gamma Based Titanium Aluminide Wear Behavior Before and After of Plasma Nitriding and Physical Vapor Deposition Duplex Process

هدف از تحقيق حاضر بهبود رفتار سايش دماي بالاي آلياژ آلومينايد تيتانيم گاما Nb at.%) 2Cr-2Al-48-(Ti با استفاده از فرآيند دوتايي نيتروژن دهي پلاسمايي و رسوب فيزيكي بخار است. فرآيند نيتروژن دهي پلاسمايي با استفاده از كاتد تقويت شده در دماي 800 درجه سانتي گراد، مدت 9 ساعت با نسبت گازي 1=2H/2N انجام شد. فرآيند رسوب دهي فاز بخار پوشش چهارلايه از جنس TiN وN 67Al33Ti در دماي 300 درجه سانتي گراد به مدت 2/5 ساعت روي زيرلايه نيتروژن دهي شده اعمال شد. مشخصه يابي به كمك ريزنگار الكتروني روبشي و پراش سنج پرتو ايكس صورت پذيرفت. بررسي رفتار تريبولوژيكي ماده با استفاده از آزمون ساچمه روي صفحه در دماهاي 25، 300 و 600 درجه سانتي گراد، ريزسختي سنج و آزمون خراش انجام شد. نتايج آزمون پراش سنجي پرتو ايكس، تشكيل مجموعه فازهاي AlN 2Ti، TiN و (TiAl)N بعد از فرآيند دوتايي را تاييد كرد. همچنين بعد از انجام فرآيند دوتايي، سختي HV0.025 2400 و نيروهاي بحراني چسبندگي براي ايجاد اولين ترك (1LC)، اولين كندگي (2LC) و اولين شكست كامل پوشش (3LC) معادل 24/1، 60/1 و 77/6 نيوتن، حاصل شدند. نرخ سايش در دماهاي 25، 300 و 600 درجه سانتي گراد بعد از فرآيند دوتايي به ترتيب 20، 55 و 100 برابر كاهش را نسبت به زيرلايه نشان داد. سازوكارهاي ورقه اي شدن، خراشان و اكسايشي به عنوان سازوكارهاي فعال اين سامانه تريبولوژيكي شناسايي شدند.

The aim of this study is the improvement of high temperature wear behavior of gamma-based titanium aluminide (Ti-48Al-2Cr-2Nb at.%) by duplex process of “plasma nitriding” and “physical vapor deposition”. Plasma nitriding processes were carried out at temperature of 800°C, duration of 9 hours and gas ratio of N2/H2:1 by amplified cathode method. Four alternative layers of TiN and Ti33Al67N were applied by PVD at temperature of 300 ˚C and duration of 2.5 hours. Characterization tests were conducted with the aid of scanning electron microscopes and X-ray diffractometer. The evaluations of surface properties were carried out by micro-hardness and scratch testers. Wear behavior was evaluated using pin on disk method at 25, 300 and 600°C. Combination of Ti2AlN, TiN and (TiAl)N after duplex treatment were confirmed by XRD results. The surface hardness of 2400 HV0.025 and critical adhesion loads of 24.1 ,60.1 and 77.6 N were reached for the first cohesive failure level (LC1), the first adhesive failure level (LC2) and the first interfacial spalling (LC3) by duplex treatment. The wear rate at temperatures of 25, 300 and 600 ˚C decreased in order of 20, 55 and 100 in comparison with substrate. The abrasion, delamination and oxidation were detected as the main active wear mechanism in this tribological system.