مقاله بررسی ایجاد پوشش سرامیکی مقاوم به سایش بر روی پایه فلزی

چکیده
این مقاله به بررسی روش های ایجاد پوشش سرامیکی مقاوم به سایش بر روی پایه های فلزی پرداخته و کاربردهای مختلف این پوشش ها در صنعت را تحلیل می کند. پوشش دهی سرامیکی، به ویژه با استفاده از فرآیندهای اسپری حرارتی، امکان افزایش مقاومت مکانیکی، حرارتی و سایشی سطوح فلزی را فراهم می کند. در این تحقیق، انواع روش های اسپری شعله ای، پلاسما اسپری، اسپری قوس الکتریکی و HVOF بررسی شده و نحوه آماده سازی سطح، ویژگی های ریزساختاری و خواص مکانیکی پوشش ها تحلیل می شوند. نتایج نشان می دهد که انتخاب مناسب روش پوشش دهی و مواد سرامیکی می تواند دوام، مقاومت حرارتی و سختی سطح فلزی را به شکل قابل توجهی بهبود دهد و کاربردهای صنعتی این فناوری را توسعه دهد.

مقدمه
پوشش دهی سرامیکی بر روی سطوح فلزی، به عنوان یک فناوری پیشرفته در صنایع مختلف، امکان افزایش مقاومت سطوح در برابر سایش، خوردگی و حرارت را فراهم می کند. با پیشرفت فناوری های پوشش دهی، استفاده از سرامیک ها به عنوان لایه های مقاوم بر روی پایه های فلزی، به دلیل ویژگی های برجسته ای مانند سختی بالا، مقاومت حرارتی و پایایی در محیط های سایشی، اهمیت فراوانی یافته است. یکی از رایج ترین روش ها برای اعمال چنین پوشش هایی، استفاده از فرآیندهای اسپری حرارتی است که شامل اسپری شعله ای، پلاسما اسپری، اسپری قوس الکتریکی و روش HVOF می شود.

در فرآیند اسپری حرارتی، مواد سرامیکی یا فلزی به شکل پودر یا سیم ذوب شده و سپس با استفاده از جریان گاز فشرده یا شعله مستقیم به سطح فلزی مورد نظر پاشیده می شوند. این ذرات با انرژی جنبشی بالا به سطح می چسبند و لایه ای مستحکم و مقاوم ایجاد می کنند. انتخاب مناسب روش اسپری و شرایط عملیاتی، نقش کلیدی در کیفیت، چسبندگی و ریزساختار پوشش دارد. به عنوان مثال، اسپری شعله ای به دلیل سادگی و هزینه نسبتاً پایین، برای کاربردهای صنعتی متنوع مناسب است، در حالی که پلاسما اسپری امکان ایجاد پوشش های متراکم تر و مقاوم تر در برابر حرارت را فراهم می کند.

مراحل آماده سازی سطح فلزی قبل از پوشش دهی، از اهمیت ویژه ای برخوردار است. عملیات تمیزکاری، زدودن چربی ها، زبر کردن سطح و پیش گرم کردن قطعات، باعث بهبود چسبندگی پوشش و کاهش تنش های باقی مانده می شود. پس از اعمال پوشش، فرآیندهای تکمیلی مانند عملیات تمام کاری و بررسی خواص مکانیکی و حرارتی پوشش، نقش تعیین کننده ای در کیفیت نهایی محصول دارند. تحلیل میکروساختار و مورفولوژی پوشش، سختی سطح و مقاومت حرارتی، معیارهای اصلی در ارزیابی عملکرد پوشش های سرامیکی محسوب می شوند.

پوشش های سرامیکی، با ویژگی های منحصربه فرد خود، کاربردهای گسترده ای در صنایع مختلف دارند. از ابزارهای برش و قالب های صنعتی گرفته تا تجهیزات مقاوم در برابر حرارت و خوردگی، همگی می توانند از مزایای پوشش دهی سرامیکی بهره مند شوند. مقاومت در برابر سایش، افزایش عمر مفید قطعات و کاهش هزینه های نگهداری، از مهم ترین مزایای این فناوری محسوب می شود. همچنین، با پیشرفت فناوری های اسپری حرارتی و استفاده از مواد پودری پیشرفته، امکان ایجاد پوشش های چندلایه و ترکیبی، افزایش دقت و یکنواختی پوشش و بهینه سازی خواص سطحی فراهم شده است.

تحلیل علمی فرآیندهای مختلف پوشش دهی، شامل بررسی پارامترهای عملیاتی، مواد مصرفی، سرعت ذرات و دمای سطح، امکان انتخاب بهینه روش برای کاربردهای صنعتی مختلف را فراهم می آورد. علاوه بر این، بررسی خواص مکانیکی و مقاومت حرارتی پوشش ها، معیار مهمی برای سنجش کیفیت و دوام آنها است. مطالعات میکروهاردنس، ریزساختار و مورفولوژی پوشش ها نشان می دهد که ترکیب مناسب مواد و کنترل دقیق پارامترهای فرآیند، تأثیر مستقیم بر دوام، سختی و مقاومت سایشی سطح فلزی دارد.

این مقاله با تمرکز بر روش های ایجاد پوشش سرامیکی مقاوم به سایش بر روی پایه فلزی، مروری جامع بر انواع فرآیندهای اسپری حرارتی، آماده سازی سطح، ویژگی های ریزساختاری و خواص مکانیکی پوشش ها ارائه می دهد. بررسی دقیق این فرآیندها و کاربردهای صنعتی آن ها، تصویری کامل از ظرفیت های فناوری پوشش دهی سرامیکی ارائه می کند و نقش کلیدی این فناوری در افزایش مقاومت و دوام قطعات فلزی را به روشنی نشان می دهد.

فهرست مطالب
فصل ۱- بررسیهای مطالعاتی
مقدمه  ۱
انواع فرانیدهای ایجاد پوششهای سرامیکی۲
۱-۲-۱- اسپری شعله ای (flame spray)
۱-۲-۲- اسپری قوسی (electric are sray)
۱-۲-۳- فرایند HVOF
۱-۲-۴- پلاسما اسپری (plasma spray)
۱-۳- مکانیزم اتصال ۲۵
۱-۴- مراحل آماده سازی سطح۲۶
۱-۵- عملیات تمام کاری۳۴
۱-۶- کاربردها۳۵
فصل ۲- روشهای آزمایش
۲-۱- آماده سازی سطح نمونه ها   ۴۰
۲-۱-۱- تمیز کاری و چربی زدایی  ۴۰
۲-۱-۲- زبر نمودن سطح۴۱
۲-۱-۳- پیش گرم کردن۴۲
۲-۲- بررسی پودرهای فلزی و سرامیکی جهت ایجاد پوشش۴۲
۲-۳- روش ایجاد پوشش۴۴
۲-۳-۱- اسپری شعله ای ۴۴
۲-۳-۲- پلاسما اسپری۵۵
۲-۴- بررسیهای متالوگرافی و ریز ساختار پوشش ۵۶
۲-۵- بررسیهای میکروهاردنس— ۵۷
۲-۶- بررسی خواص مکانیکی پوشش ۵۷
۲-۷- بررسی مقاومت حرارتی پوشش ۵۸
فصل ۳- نتایج و بحث
۳-۱- مورفولوژی پودرهای مورد استفاده ۶۳
۳-۲- ریز ساختار۷۳
۳-۳- مقاومت حرارتی۹۰
۳-۴- خواص مکانیکی۹۱
۳-۵- میکروهاردنس۹۶
منابع و مراجع ۹۸