روكش‌كاري ليزري پوشش كامپوزيتي تيتانيوم خالص تجاري با كاربيد تنگستن-كبالت

Laser Cladding of Commercially Pure Titanium by Tungsten Carbide-Cobalt Composite Coating

فلز تيتانيوم همواره به دليل خواص منحصربه‌فردازجمله نسبت استحكام به وزن بالا، مقاومت به خوردگي عالي و... موردتوجه صنعت قرارگرفته است. در كنار اين خواص مطلوب، خواص سطحي تيتانيوم به دلايلي ازجمله حساس نبودن به عمليات حرارتي چون فولاد و فعال بودن در محيط با افزايش دما، با محدوديت روبرو است. ازاين‌رو بهبود خواص سطحي زمينة گسترة وسيعي از پژوهش­ها بر روي تيتانيوم بوده است. يكي از روش­هاي نوين بهبود خواص سطحي استفاده از پرتو ليزر است. در پژوهش حاضر با استفاده از پرتو ليزر فيبري، پودر كامپوزيتي كاربيد تنگستن-كبالت از طريق تزريق مستقيم به داخل حوضچة مذاب سبب تشكيل لاية كامپوزيت سطحي بر روي زيرلاية تيتانيوم خالص تجاري گرديد. متغيرهاي اصلي فرآوري از قبيل حرارت ورودي و نرخ تغذية پودر جهت توليد لايه­هاي كامپوزيت سطحي عاري از عيب بهينه شدند. با انجام بررسي­هاي ريزساختاري تحولات فازي ممكن از قيبل ماتنزيتي شدن زمينه و تشكيل فاز β در زمينة α در خصوص اين سيستم كامپوزيتي مورد مطالعه قرار گرفتند. همچنين،واكنش­هاي درجا و تجزية فازي تركيب كاربيد تنگستن-كبالت در حين فرآوري بررسي گرديد. نتايج به‌دست‌آمده از آزمون سختي سنجي ويكرز لايه‌هاي كامپويتي، حكايت از تشكيل يك لايه روكش بسيار سخت با مقدار سختي حدود 1900 ويكرز دارد كه با فاصله گرفتن از سطح لايه به سمت داخل و انحلال پودر مركب تزريقي در زيرلايه از سختي آن كاسته مي‌شود. اين ميزان افزايش سختي حكايت از يك سخت­كاري سطحي بيش از 10 برابري نسبت به تيتانيوم پايه را دارد.

Titanium has been a widely used alloy in industrial applications due to its excellent specific strength, high corrosion resistance, etc. Despite these superior characteristics, poor surface properties such as low hardness limit titanium applications. Many studies were conducted on surface properties improvement on titanium and its alloys. Laser alloying is one of the newest methods in order to enhance the surface properties of the parts. In this study, using a fiber laser beam as an energy source, titanium substrate was subjected to surface melting and surface alloying by introducing tungsten carbide (WC) particles. Two critical parameters, including laser power and scanning speed, were optimized, and defects were successfully eliminated. The influence of process parameters on defects, size, and shape of the melt pool and HAZ was discussed. Various microstructural characterizations were implemented to study the possible phase transformations in the examined system. Microhardness results show that on the surface of alloyed samples, the microhardness significantly increases and reaches 1900 Hv, which gradually moves towards the substrate and reaches 150 Hv in the substrate.