سنتز و مشخصه يابي پوشش نانوكامپوزيت Al2O3/FeAl بر زيرلايه فولادي توليد شده به روش آسياكاري گلوله اي پرانرژي

Synthesis and Characterization of FeAl/Al2O3 Nanocomposite Coating on Carbon Steel Plate by High Energy Mechanical Alloying

ر اين پژوهش پوشش كامپوزيتي نانوساختار FeAl/Al2O3 به‌روش آسيا‌كاري مكانيكي از طريق يك واكنش مكانوشيميايي بر سطح زيرلايه فولاد كربني پوشش داده شد. مواد اوليه مصرفي Fe، Al و Fe2O3 به ميزان استوكيومتري به همراه زيرلايه و گلوله‌هايي به قطر چهار ميلي‌متر در يك آسياي ارتعاشي پرانرژي تا 22 ساعت تحت آسيا‌كاري قرار گرفت. برخي از نمونه‌هاي آسيا شده به مدت زمان يك و سه ساعت در دماي773 كلوين آنيل شدند. آزمون‌هاي پراش پرتو ايكس (XRD)، ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM)، ريزسختي سنج و زبري سنج جهت ارزيابي مكانيزم واكنش مكانوشيميايي و همچنين مشخصه‌يابي پوشش مورد استفاده قرار گرفت. واكنش مكانوشيميايي در حين عمليات آسيا‌كاري پس از 14 ساعت شروع و منجر به تشكيل جزئي نانوكامپوزيت FeAl/Al2O3 شد. افزايش زمان آسيا‌كاري تا 18 ساعت سبب افزايش مداوم ضخامت پوشش تا 80 ميكرومتر گرديد و ادامه فرايند آسيا‌كاري پس از آن موجب كندگي موضعي پوشش و ايجاد ترك در ساختار آن شد. ريزسختي پوشش 18 ساعت آسيا شده معادل 1050 ويكرز تعيين شد. آنيل در دماي 773 كلوين به مدت سه ساعت موجب تكميل واكنش و سنتز پوشش نانوكامپوزيتي FeAl/Al2O3 شد. نتايج نشان داد كه عمليات آنيل سبب افزايش سختي پوشش به 1200 ويكرز و بهبود قابل ملاحظه چسبندگي پوشش شد.

In the present study, FeAl/Al2O3 nanocomposite coating was produced on the carbon steel plate using mechanical alloying (MA) technique via a mechanochemical reaction. Stoichiometric ratios of Fe, Al and Fe2O3 as well as a substrate were mixed and milled up to 22h in a vibrating high energy mill with a 4 mm ball. Samples prepared after 18h of MA were subjected to annealing at 773 K for 1-3 h. X-Ray Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM) and microhardness measurements were carried out to study mechanochemical reaction and coating formation characterization. The results showed that mechanochemical reactions were started after 10h of MA, which finally caused the slight formation of FeAl/Al2O3 nanocomposite. Increasing the milling time to 18 hours led to the continuous increase of the coating thickness up to 80 μm, while the coating layer fractured and began to peel by further milling. The microhardness of the coating after 18h milling was 1050 vickers. Annealing of the 18h milled powders at 773K for 3h led to the complete formation and synthesis of the FeAl/Al2O3 nanocomposite. The results showed that the annealing treatment had considerable effects on the hardness increase up to 1200 vickers as well as adhesion strength of the composite coating