بهبود خواص مكانيكي پوشش‌هاي پلاسمايي نانوساختار اكسيدكروم از طريق ايجاد نانوكامپوزيت Cr2O3-20YSZ-10SiC

Improving Mechanical Properties of Nanostructured Cr2O3 Plasma Sprayed Coating through formation of Cr2O3-20YSZ-10SiC Nanocomposite Coatings

در اين پژوهش توليد پوشش نانو ساختار Cr2O3-20YSZ-10 SiC از طريق آسياكاري جداگانه پودرهاي اوليه اكسيدكروم، YSZ و كاربيد سيليسيوم به مدت پنج ساعت در آسياب با انرژي بالا، مخلوط پودرهاي آسيا شده به ترتيب به نسبت‌هاي 70، 20 و 10 در­صد حجمي و در ادامه پاشش پودرهاي آگلومره بر سطح زيرلايه فولادي ضدزنگ 304L انجام گرفت. پس از آن خواص مكانيكي پوشش‌هاي توليدي شامل سختي، استحكام‌ چسبندگي و چقرمگي در مقايسه با پوشش نانو ساختار اكسيد كروم خالص ارزيابي گرديد. بر­اساس آناليزهاي اشعه ايكس از پودرهاي آسيا شده و پوشش‌ها، هيچ فاز جديدي در حين آسياكاري پودرها و پاشش پلاسمايي ايجاد نگرديد. تصاوير ميكروسكوپ الكتروني روبشي از ريزساختار پوشش‌ها نشان دادند كه پوشش‌هاي توليدي داراي ساختار نانو هستند. بر ­اساس آناليز تصويري عكس هاي ميكروسوپ نوري از سطح مقطع پوشش‌ها، با ايجاد كامپوزيت درصد تخلخل‌ها در پوشش توليدي از 8/7 به 12/8 افزايش يافت. ارزيابي خواص مكانيكي پوشش‌ها نشان داد كه پوشش‌هاي توليدي داراي استحكام چسبندگي بالايي در محدود 40-49 مگاپاسكال بودند. هم­چنين با افزودن ذرات YSZ و SiC تا مقادير به ترتيب 20 و 10 درصد حجمي به پوشش نانو ساختار اكسيدكروم و ايجاد كامپوزيت، مقادير ميانگين سختي پوشش از 823 به 910 ويكرز و چقرمگي آن از MPam1/2 7/9 به MPam1/2 8/1 افزايش يافتند.

Cr2O3, YSZ and SiC nano-powders were prepared by ball milling and subsequently mixed and agglomerated to reach the proper composition and size for spraying. Morphological investigations and particle size analysis showed that powder particles after 5h of milling time reached to an ultrafine/nano size. The powder mixtures were then deposited onto 304L steel substrates using Atmospheric Plasma Spray (APS) to deposit Cr2O3-20vol%YSZ-10vol%SiC composite coating. Microstructure and morphology of the elemental/milled powders and plasma sprayed coatings were characterized using Field Emission scanning electron microscopy (FESEM) equipped by EDS. X-ray diffraction (XRD) patterns of powder particles and coatings included only the elemental peaks without any traces of impurities and new appearance peaks. Using image analysis method, the coatings porosity content increased from 8.7 to 12.8 through formation of composite coating. Also mechanical properties of the coatings including bonding strength, micro hardness and fracture toughness were evaluated. The results showed that coatings have high bonding strength of 40-49 MPa. Regarding hardness and toughness results, adding reinforcements to Cr2O3 coating increased hardness and toughness to 910 HV and 8.1 MPam1/2, respectively.