چکیده

پوششهای نفوذی عمدتاً برای محافظت قطعات صنعتی در شرایط دمای بالا و محیط خورنده مورد اسـتفاده قـرار میگیرند. تا به حال تحقیقات زیادی روی پوششهای نفوذی آلومیناید و آلومیناید اصلاح شده انجام گرفته است.

در تحقیق حاضر پوشش نفوذی تیتانیوم طی یک فرایند تک مرحلهای در دمای بالا، بر روی زیرلایـهای از جـنس سوپرآلیاژ پایـه نیکلـی IN738LC اعمـال شـده و از جنبـههـای سـاختاری و مکـانیزم رشـد مـورد ارزیـابی قـرار گرفتهاست. فرایند در دمای ۱۰۵۰°C و در زمان ۷ ساعت انجـام شـد. پوشـشهـای حاصـله توسـط میکروسـکوپ نوری، میکروسکوپ الکترونی روبشی، میکروآنالیز عنصری و فازشناسی پراش پرتو ایکس مشخصهیابی شـدند و مکانیزم رشد آنها بررسی گردید. نتایج نشان داد که جبهه رشد پوشش همواره در خارجیترین سطح پوشش قرار داشته است. به عبارتی رشد پوشش همواره با نفوذ نیکل از زیرلایه به سمت خارج و ترکیب آن با تیتانیوم حاصـل از مخلوط پودری ادامه می یابد.

واژههای کلیدی: پوشش نفوذی، تیتانیوم، مکانیزم رشد، تیتانایزینگ، سوپرآلیاژ پایه نیکل

-۱ کارشناس ارشد -۲ دانشیار

۰۹۲ هشتمین کنگره سالیانه انجمن مهندسین متالورژی ایران

مقدمه

پوششهای نفوذی عمدتاً از جنس ترکیبات بین فلزی هستند و توسـط نفـوذ عناصـری از قبیـل آلومینیـوم، کروم و سیلیسیم به سطح آلیاژها ایجاد میشوند. این پوششها پرمصرفترین پوشش در پرههـای تـوربین گازی به شمار میروند به طوری که برای پوشش دهـی ۹۰ درصـد پـرههـای تـوربین مـورد اسـتفاده در موتور هواپیماها، از این روش استفاده میشود.[۱-۵] اگرچه پوشـشهـای نفـوذی بـا فراینـدهایی مثـل فروبری گرم، ذوب دوغابی و روشهای گازی بهزیرلایههای پایه آهنی و غیر آهنی اعمال میشوند، امـا پرکــاربردترین فراینــد صــنعتی اعمــال پوشــشهــای نفــوذی، روش سمانتاســیون پــودری اســت.[۶] روش سمانتاسیون پودری یک عملیات رسوب دهی شیمیایی فاز بخار است که برای ایجاد یـک لایـه مقـاوم در شرایط دمای بالا بر سوپرآلیاژها به کار میرود.[۷] در این روش قطعه در مخلوط پودری حـاوی پـودرفلز پوشش(به صورت خالص یا آلیـاژی)، مـاده فعـال کننـده(NH4Cl یـا (NaF و پـودر پرکننـده خنثـی قـرار میگیرد. با بالا بردن دمای مجموعه، فلز پوشش به سطح قطعه نفوذ داده میشود.[۸‚۷]

مکانیزم رشد پوششهای نفوذی بر سوپرآلیاژهای پایه نیکلی بر اسـاس اکتیویتـه شـیمیایی نـسبی منبـع فلـز پوشش و دمای فرایند پوششدهی متفاوت بوده[۷] و به دو نوع به سـمت خـارج رشـد کـرده و بـه سـمت داخل رشد کرده، تقسیم میشود. حالت رشد به سـمت خـارج معمـولاً در دماهـای بـالای پوشـش دهـی و اکتیویته پایین فلز پوشش و حالت رشد به سمت داخل غالباً تحت دماهای پـایین پوشـشدهـی و اکتیویتـه بالای فلز پوشش رخ میدهد.[۷] خواص و کارایی پوششهای نفوذی به نحو مؤثری به مکانیزم رشد آن-

ها بستگی دارد و تعیین مکانیزم رشد آنها به پیشبینی دوام و چگونگی عملکرد این پوششها در شـرایط کاری کمک به سزایی میکند. در این تحقیق به اعمال پوشش نفوذی تیتانیوم و بررسی چگونگی مکانیزم رشد آن پرداخته شده است.

مواد و روش تحقیق

در این پژوهش از سوپرآلیاژ پایه نیکلی IN738LC به عنـوان زیرلایـه بـرای ایجـاد پوشـشهـای نفـوذی استفادهگردید. نمونهها در ابعاد ۱۰۱۰۴ میلی متر بریده شدند. به منظور حذف لایه اکسید سطحی ناشی از برش ابتدا سنگزنی گردیدند. سپس کلیه سطوح آنها با سنبادههای شماره ۱۲۰ تا ۶۰۰ صاف شد. قبل از پوششدهی، ابتدا نمونهها با استن شسته شدند و سپس به مدت ۹۰ ثانیه در محلـول اسـید کلریـدریک ۵

مولار قرار گرفتند تا سطح آنها فعال شود. بعد از فعالسازی، نمونهها با آب مقطر شـسته شـدند و پـس از خشک شدن درون محفظه پوششدهی قرار گرفتند.