رفتارسايش دماي بالا در پوشش هاي ميكرو و نانوساختار پاشش پلاسمايي Cr2O3

High temperature wear behavior of micro and nanostructured Cr2O3 plasma sprayed coatings

جهت مقايسه پوشش هاي اكسيد كروم، دو نوع پودر Cr2O3 با اندازه ذرات ميكروني و نانويي تهيه‌ و از طريق فرآيند پاشش پلاسما در اتمسفرآزاد بر روي فولاد كم كربن پوشش داده شد. از پوشش نيكل- آلومينيم نيز بعنوان لايه پيوندي براي چسبندگي پوشش ها به زيرلايه استفاده شد. بررسي هاي ريز ساختاري توسط ميكروسكوپ الكتروني روبشي (FE-SEM) و فازشناسي توسط آناليز پراش پرتوايكسXRD) (انجام شد. رفتارسايشي پوشش توسط آزمون گلوله روي ديسك با استفاده از گلوله آلومينا در دماي محيط، °C300 و?C ‌500 تحت بار 20 نيوتن بررسي شد. يافته هاي آزمايشي نشان داد كه هر دو پوشش از ساختار لايه اي شامل ذرات به طور كامل ذوب شده و نيمه ذوب شده تشكيل شده‌اند اما در پوشش نانوساختار نواحي نيمه ذوب شده بيشتري در حضور ذرات نانو وجود دارد كه باعث افزايش تخلخل در اين پوشش نسبت به پوشش ميكروساختار شده است. ارزيابي تريبولوژيكي پوشش ها نشان داد كه ضرايب اصطكاك در پوشش نانوساختار تا حدودي كمتر از پوشش ميكروساختار Cr2O3 است. نرخ سايش پوشش ها نيز با افزايش دما كاهش يافت بنحوي كه در دماي °C300 و°C 500 پوشش نانوساختار عملكرد بهتري داشت. بهبود مقاومت سايشي و كاهش ضريب اصطكاك در پوشش نانوساختار در هر سه دما‌ را مي توان به جهت حضور نانو ذرات، سختي بيشتر و همچنين تشكيل تريبو فيلم فشرده و چسبنده بر روي سطح پوشش مربوط دانست.

Cr2O3 feedstock of nano and micron size particles were coated on low carbon steel by APS process. Ni-Al bond coat was used to improve the adhesion of coatings to substrate. Microstructural investigations were conducted by FESEM and X-ray diffractometery (XRD) was utilized for structural analysis. Wear behavior of the coatings was studied by ball on disk testing using alumina balls at room temperature and 300 and 500?C under a load of 30N. Experimental results showed that both coatings consist of a layered structured of melted and semi-melted splats. However the nanostructured coating contained more semi-melted splats resulting more porosity compared to the microstructured coating. Tribological evaluation of the coatings revealed that the nanostructured coating exhibits lower friction coefficient in comparison to the microstructured Cr2O3 coating. Wear rate of the coatings decreased by increasing the temperature so that at 300 and 500?C. The nanostructured coating presented better wear resistance. Improvement of wear resistance and decreasing the friction coefficient in nanostructured coating at different temperatures can be attributed to the effect of nanoparticles, higher hardness and also formation of compacted and adhesive tribofilm on the surface of the coating.