سنتز و بررسي خصوصيات پوشش هاي اسپينل هاي پايه مس بر روي زيرلايه آلومينا به منظور كاربرد در جرقه زن هاي توربين موتورهاي هوايي

Synthesis and characterization of copper based spinel coating on alumina substrate for spark plug aero-engine application

هدف از اين مقاله سنتز و بررسي خصوصيات پوشش هاي اسپينلي جهت استفاده در جرقه زن هاي شمع موتورهاي هوايي است. در ابتدا اسپينل پايه مس به روش آلياژ سازي مكانيكي سنتز شده اند. سپس لايه هاي پوشش هاي مختلف با تركيب و چيدمان هاي مختلف به روش چاپ توري بر روي سطح اعمال شد. پوشش هاي موجود به روش تفرق اشعه ايكس (XRD) شناسايي شده اند. مورفولوژي و ريزساختارسطح و مقطع نمونه‌هاي پوشش داده شده به وسيله ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) مطالعه شد. نانوسختي و مدول الاستيك پوشش به وسيله آزمون نانوفروروندگي مورد بررسي قرار گرفت. مقاومت الكتريكي پوشش ها در دماهاي مختلف اندازه گيري شد. فرسايش الكتريكي بوسيله كاهش وزن پوشش ها در حين آزمون جرقه بررسي شد. آناليز XRD‌تشكيل فاز اسپينل پايه مس تاييد كرد. پوشش هاي حاصل ضخامتي در حد 19-22 ميكرومتر داشتندو دانسيته مناسبي دارند. متوسط سختي پوشش هاGPa10 براي پوشش داده شده نتيجه شد. نرخ فرسايش سطح بعد از 140000 جرقه كمتر از 1درصد وزن كل پوشش بود. به علاوه مشخص شد كه ترتيب لايه مناسب پوشش شامل شامل 4 لايه متوالي شامل از CuCr2O4+ CuFe2O4، دولايه CuCr2O4و مجدداْ لايه CuCr2O4+ CuFe2O4بود كه نسبت فازها در لايه هاي كامپوزيتي 50:50 درصد وزني است

Introduction:The present study aims to synthesis and characterization of spinel coating for spark plug aero-engine application. Methods:At first spinel coatings were synthesized by mechanical alloying. The different spinel coatings with spinel different composition and modulation were applied on alumina substrate. The phase content of the samples was characterized by X-ray diffraction (XRD) method. The microstructure and thickness of the coatings were analyzed by scanning electron microscopy. Nano-hardness and Young’s modulus of the coating were measured by nano-indentation method. The electrical resistance of the coating was studied at different temperatures. The electrical wear resistance of the coating was evaluated by spark method. The XRD method confirmed the synthesis of copper based spinels. Findings:The coatings had a thickness of 19-22 𝜇𝑚 with proper density. The average nano-hardness of the coatings was 10 GPa. The wear rate after 140000 of spark was less than 1% of coating weight. It was also found that the optimum modulation of the multilayer coating is 4 successive layers composed of CuFe2O4+CuCr2O4, followed by two layer of CuCr2O4 and again CuFe2O4+CuCr2O4 layer. The ratio of the components in the composite layers were 50:50 wt.%