بررسی امکان پذیری ایجاد لایه نانو از طریق تابش لیزر nd:yag در آلیاژ fe55cr18mo7b16c4

در این تحقیق آلیاژ دارای ترکیب شیمیایی fe52cr18mo7b16c4nb3 انتخاب شده و امکان ایجاد لایه ی نانوساختار با این ترکیب شیمیایی توسط لیزر پالسی nd:yag مورد بررسی قرار گرفت. آلیاژ انتخاب شده دارای قابلیت شیشه ای شدن بالایی است و با اعمال سرعت های سردشدن پائین تر می توان در آن ساختار آمورف ایجاد نمود. از آن جایی که ساختار آمورف دارای سختی بالاتری نسبت به ساختارهای بلوری است، انتظار می رود سختی سطح در اثر عملیات لیزری افزایش یابد. این پژوهش شامل دو بخش کلی است: در مرحله ی اول تأثیر متغیرهای مختلف لیزر بر ریزساختار و سختی لایه ی سطحی ذوب شده مورد بررسی قرار گرفت. در مرحله ی دوم نیز امکان نشاندن لایه ی سطحی با ترکیب شیمیایی فوق روی زیرلایه ی فولاد زنگ نزن l316 بررسی شد. در هر مرحله از الگوهای پراش پرتوی ایکس (xrd)، میکروسکوپ نوری، میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (fesem)، طیف سنجی تفکیک انرژی (eds) و سختی سنجی برای بررسی خواص لایه های ایجادشده استفاده شد. در مرحله ی اول تأثیر سه متغیر سرعت لیزر، پهنای پالس و شدت باریکه ی لیزر بر ریزساختار و سختی لایه ی سطحی ذوب شده توسط لیزر بررسی شد. ابتدا نمونه هایی به ضخامتmm 2 از آلیاژ ریختگی بریده شد و هر مرحله عملیات لیزری با ثابت نگه داشتن تمام پارامترهای لیزر و تغییر متغیر موردنظر انجام شد. نتایج نشان داد که با اعمال سرعت روبش بیشتر روی نمونه، ساختار ریزدانه تر شده و به ساختار آمورف نزدیک تر می شود که این امر منجر به افزایش سختی سطحی شده است. بالاترین میزان سختی (حدودhv 1200) در مقایسه با آلیاژ اولیه (با سختی حدودhv 600) در نمونه ی روبش شده با سرعتmm/s 8 به دست آمد. هم چنین با افزایش پهنای پالس و به تبع آن انرژی ورودی، عمق حوضچه ی مذاب بیشتر شده و سختی آن کاهش می یابد. در حالت تغییر شدت نیز، با افزایش قطر لکه ی لیزر روی نمونه، سختی افزایش می یابد. در مرحله ی دوم ابتدا سعی بر آن شد تا نوارهای آمورف به دست آمده از روش ذوب ریسی توسط عملیات لیزر بر فولاد l316 نشانده شوند ولی این عملیات کاملاً ناموفق بود و نوارهای آمورف به محض برخورد اولین پرتو لیزر ذوب شده و توانایی نشانده شدن روی فولاد را نداشتند. در ادامه ورق های نازکی به ضخامت mm 6/0 از آلیاژ ریختگی بریده شده و توسط لیزر بر سطح فولاد زنگ نزن l316 نشانده شد. بررسی های میکروسکوپی و میکروسختی نشان داد که اعمال لایه ی مربوطه منجر به افزایش سختی سطحی (تا حدودhv 1200) می شود. بنابراین، با ایجاد لایه ی آمورف یا نانوساختار بر روی فولاد l316 (با سختی حدودhv 250) سختی سطحی افزایش می یابد.