روكش كاري فولاد كربني با سنتز ليزري كاربيد تيتانيوم از ايلمنايت فعال سازي شده

Cladding of Carbon Steel via Laser-Synthesis of Titanium Carbide from Activated Ilmenite

ايجاد لايه ­اي سخت بر سطح فولاد كربني روشي مناسب جهت ارتقاي كارايي آن است. ازجمله مواد مقاوم به سايش مورد توجه براي اين منظور، كاربيد تيتانيوم است. در پژوهش حاضر، سنتز كربوترمي ذرات TiC با استفاده از ليزر پالسي موردبررسي قرارگرفته ­است. تلاش شد كاربيد تيتانيوم به صورت درجا از ايلمنايت، به‌عنوان ماده اوليه­ اي ارزان، به دست آيد. اما تبديل كامل ايلمنايت به TiC در زمان كوتاه فراوري ليزري امري دشوار است. براي فايق آمدن بر اين مشكل از دو راه­حل همزمان استفاده­ شد: مقدار كربن بيش از استوكيومتري احيا استفاده شد و مخلوط پودرهاي ايلمنايت و گرافيت تحت فعال ­سازي مكانيكي قرار گرفتند. در اين راستا، اثر افزايش زمان فعال‌سازي تا 200 ساعت با استفاده از پراش پرتو ايكس بررسي شد. سپس با نشاندن لايه ­اي از پودر بر سطح فولاد، روكش­ كاري ليزري انجام شد. تأثير فعال­ سازي مكانيكي بر تشكيل ذرات پخش‌شده در روكش، خصوصاً تبديل ذرات اكسيدي به كاربيدي، مورد تحليل قرارگرفت. به اين منظور از ميكروسكوپ الكتروني روبشي با آناليزگر EDS و تحليل پراش پرتو ايكس استفاده ­شد. همچنين ذرات TiC و زمينه روكش ازنظر ريخت ­شناسي و ريزساختاري بررسي شدند. مشاهده شد كه روكش داراي ساختار انجماد جهت­ دار بوده؛ مناطق هم ­محور، سلولي، دندريتي و درنهايت يوتكتيك تشكيل‌شده‌اند. از سوي ديگر، ريزسختي­ سنجي نشانگر افزايش تدريجي سختي از زيرلايه تا سطح روكش بود، كه به مقدار 1600 ويكرز در نزديكي سطح رسيد. مشخص گرديد كه سنتز روكش كامپوزيتي با توزيع گرادياني مناسبي از ذرات TiC به روش احياي ليزري ايلمنايت امكان­ پذير است.

Synthesis of a hard layer on the surface of mild steel is a proper way to rise its performance. Titanium carbide is among the preferred wear-resistant materials. In this research, the carbothermal synthesis of TiC via pulsed laser is studied. Ilmenite is used, as an economic raw material, for in-situ synthesis of TiC. However, the conversion of FeTiO3 to TiC in the short period of laser processing is challenging. Therefore two solutions were accompanied: the applied carbon content was more than the stoichiometry of reduction, while the blended ilmenite and graphite powders were mechanically activated. The increase of activation time to 200 hours was investigated via X-ray diffraction analysis. Afterward, a layer of the powder was preplaced on the substrate and the laser cladding was conducted. The effect of mechanical activation on the formation of the dispersed particles is studied, especially considering the transformation of oxides to TiC. SEM with EDS analyzer and XRD analysis were applied for this aim. The morphology of TiC particles and the microstructure of the matrix were also deliberated. The characteristic microstructure of directional solidification with equiaxed, cellular, dendritic and eutectic regions was observed. Otherwise, the Vickers microhardness measurements represented a gradual increase from the substrate toward the surface, which has reached to 1600 HV. It is confirmed that the synthesis of a composite layer with gradual dispersion of TiC particles via laser reduction of ilmenite is a feasible process.