بررسی سینتیک تشکیل پوشش آلومینایدی بر روی نمونه های نانوکریستال نیکل- تنگستن

امروزه ریز کردن دانه ها تا ابعاد نانومتری (زیر nm100)، به عنوان یکی از روش های موثر در بهبود خواص مواد کریستالی شناخته شده است. یکی از پیامدهای مهم نانوکریستالیزه کردن مواد، افزایش شدید مقدار فصل مشترک های فعال مانند مرز دانه ها و اتصالات سه گانه و به تبع آنها افزایش نفوذ پذیری عناصر در حالت جامد است. براساس بالاتر بودن نفوذپذیری مواد نانوکریستال، به نظر می رسد استفاده از مواد نانوکریستال می تواند روش سودمندی برای بهبود سینتیک فرایندهای صنعتی کنترل شونده با نفوذ، مانند آلومینایز کردن پره های توربین های گازی باشد. نتایج تحقیقات پیشین نشان می دهند که زمان لازم برای شکل گیری پوشش آلومینایدی با ضخامت مشخص بر روی نیکل و همچنین انرژی فعالسازی آن، با به کار بردن نیکل نانوکریستال به میزان قابل ملاحظه ای کاهش می یابد. با این حال، به دلیل رشد دانه ها در طول فرایند، مزیت نانوکریستال بودن ساختار با گذشت زمان از بین می رود. گزارش شده است که اندازه دانه های نمونه های نانوکریستال نیکل- تنگستن تهیه شده با آبکاری تا دماهای بالای 600 در جه سانتیگراد رشد نمی کنند. هدف تحقیق حاضر آن است که مشخص سازد پایدار سازی ساختار نانو با افزودن تنگستن، با بهبود سینتیک آلومینایزینگ نیز همراه است یا خیر؟ برای بررسی این موضوع نمونه های نانوکریستال نیکل- تنگستن با اندازه دانه حدود نانومتر 21 و حاوی 15 درصد اتمی تنگستن با آبکاری الکتریکی در حمام حاوی سیترات سدیم، تنگستات سدیم و سولفات نیکل با اعمال چگالی جریانma/cm2 200 تهیه شد. سپس نمونه ها در دماهای 500، 550، 575 و oc 600 در زمان های مختلف با روش پک سمانتاسیون اکتیویته بالا با استفاده از مخلوط پودری متشکل از 98 درصد وزنی پودر آلومینیم و مابقی کلراید آمونیم آلومینایز شدند. ساختار و ترکیب شیمیایی فازهای ایجاد شده و همچنین ضخامت پوشش با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem) مجهز به طیف سنج پخش انرژی(eds) ، مورد بررسی قرار گرفت. نوع فازهای ایجاد شده با پراش اشعه ایکس (xrd) تعیین گردید. نتایج تحقیقات پیشین حاکی از ایجاد پوشش دو لایه متشکل از فازهای al3ni و al3ni2 بر روی نیکل نانوکریستال است. در مقایسه با آن، نتایج این تحقیق نشان می دهد در زمان های کوتاه آلومینایز کردن در دماهای کمتر از oc 600 ، پوشش دو لایه متشکل از فازهای آلومینایدی ? با ترکیب استوکیومتری (al1-xwx)9(ni1-ywy)2 و ? با ترکیب استوکیومتری (al1-xwx)3(ni1-ywy) تشکیل می گردد، در جایی که 01/0 ~x و 13/0 ~y برای فاز ? و 03/0 =x و 07/0 =y برای فاز ? می باشد. در زمان های طولانی آلومینایزینگ در دمای oc 600، یک پوشش متشکل از یک کامپوزیت لایه لایه ای از فازهای ? و آلومیناید تنگستن al12w و یک منطقه داخلی متشکل ازآلومیناید ? ایجاد می شود. به منظوربررسی سینتیک رشد پوشش، نمودار توان دوم ضخامت پوشش ایجاد شده برحسب زمان آلومینایزینگ رسم شد. مشاهده گردید که سینتیک رشد لایه ها از قانون رشد سهمی تبعیت نموده که نشان دهنده کنترل شدن آن با فرایند نفوذ است. با برازش بهترین خط راست بر داده ها، ثابت سرعت رشد سهمی هر یک از لایه ها در دماهای مورد بررسی محاسبه شد. انرژی فعالسازی رشد پوشش نیز از روی شیب خط مربوط به لگاریتم ثابت های رشد بر حسب عکس دمای مطلق آلومینایزینگ استخراج گردید. برخلاف اثر سودمند حضور تنگستن در به تاخیر انداختن رشد دانه ها، نتایج تحقیق حاضر نشان می دهد نرخ رشد پوشش آلومینایدی بر روی نانوکریستال نیکل- تنگستن بسیار کمتر از نیکل نانوساختار است، به طوری که ثابت سرعت رشد سهمی پوشش آلومینایدی در دماهای 500 و oc 600 در مقایسه با نیکل نانوکریستال به ترتیب حدود 86 و 17 برابر کمتر است. همچپنین انرژی فعالسازی رشد پوشش آلومینایدی بر روی آلیاژ نانوکریستال نیکل- تنگستن برابر kj/mol 235 بوده که حدود kj/mol 77 از مقدار گزارش شده برای رشد پوشش آلومینایدی بر روی نیکل نانوکریستال خالص بیشتر است. در نهایت با توجه به تفاوت مقدار تنگستن در پوشش آلومینایدی و آلیاژ زیرلایه و کم بودن ضریب نفوذ تنگستن، پس زده شدن و نفوذ به داخل اتم های تنگستن به عنوان کندترین مرحله، کنترل کننده سرعت رشد لایه های آلومینایدی بر روی نانوکریستال نیکل- تنگستن در نظر گرفته شده است.