بررسی تأثیر ایجاد نانوذرات آلومینا بر مقاومت به اکسیداسیون در آلیاژ ni - 5 al اعمال شده به روش پاشش حرارتی hvof

یکی از موثرترین راه¬کارهای افزایش مقاومت به اکسیداسیون دمای بالا و بهبود رشد لایه اکسیدی محافظ و پایدار، افزودن فاز ثانویه مناسب در پوشش¬های حاصل از فرایند پاشش حرارتی hvof با کاربرد دمای بالا می¬باشد. مطلوب است ذرات فاز جدید در مقیاس بسیار ریز، ترجیحاً به شکل نانوذرات و به صورت یکنواخت در پوشش توزیع شده باشد و همچنین بتواند در دماهای بالا پایداری خود را حفظ نماید. در این تحقیق تلاش شد تا (الف) با بهینه¬سازی پارامترهای پاشش و (ب) تغییر ریزساختار و تولید پودر نانوساختار به روش آسیاکاری مکانیکی، امکان تشکیل ذرات پراکنده اکسیدی در آلیاژ ni-5 wt.% al مورد مطالعه قرار گیرد. سپس پوشش¬های اعمالی به دو صورت متداول و نانوساختار تحت شرایط مختلف فشار جزئی کم اکسیژن، تحت خلأ و تحت اتمسفر کنترل شده، عملیات حرارتی و سپس با آزمایش اکسیداسیون هم¬دما ارزیابی شدند. نتایج نشان داد که با کنترل و بهینه¬سازی شرایط پاشش و تأثیر آنها بر میزان ذوب ذرات تشکیل¬دهنده پوشش و میزان حلالیت اکسیژن در ذرات مذاب، تا حد زیادی می¬توان بر تشکیل ذرات پراکنده اکسیدی در پوشش¬های متداول “بعد از پاشش” اثر گذاشت، به گونه¬ای که با عملیات حرارتی پوشش متداول با کیفیت مناسب (از نظر میزان تخلخل و تشکیل اکسید) تحت خلأ، ثابت نرخ اکسیداسیون آن حدود 85% کاهش یافت. اما به دلیل تشکیل توده¬های موضعی اکسیدهای مختلط شامل al2o3، nio و nial2o4، پوسته اکسیدی تشکیل شده بر آلیاژ ni-5al نمی¬تواند به عنوان یک پوسته کاملاً محافظ عمل نماید. از سوی دیگر، با اصلاح ریزساختار پودر اولیه به روش آسیاکاری مکانیکی، امکان ریزدانه شدن دانه¬ها در مقیاس نانو و ایجاد نانوذرات اکسید آلومینیوم همزمان فراهم می¬شود. نرخ اکسیداسیون پوشش نانوساختار بهینه نسبت به پوشش متداول بهینه در حالت “بعد از پاشش” کاهش بسیار محسوسی داشت (حدود 90%)، زیرا تا حد زیادی از تشکیل اکسیدهای موضعی مختلط کاسته می¬شود. اما نکته حائز اهمیت آنست که از پوشش نانوساختار “بعد از پاشش”، نمی¬توان طولانی-مدت استفاده نمود، بلکه نیاز به تمهیداتی دارد. بدین ترتیب با انجام عملیات حرارتی مناسب بر پوشش نانوساختار تحت فشار کم اکسیژن، 99% کاهش نرخ اکسیداسیون نسبت به پوشش متداول “بعد از پاشش” حاصل شد، ضمن آنکه تشکیل موضعی اکسیدهای مختلط حتی تا زمان¬های طولانی¬تر اکسیداسیون نیز به تعویق افتاد. بنابراین طی نتایج بدست آمده در این تحقیق، هرچه ذرات پراکنده اکسیدی ریزتر باشند و توزیع یکنواخت تری داشته باشند، در ابتدای اکسیداسیون جوانه زنی لایه محافظ -al2o3? تسهیل و تسریع می شود که این امر در پوشش نانوساختار به واسطه وجود نانوذرات اکسیدی در پودر اولیه مطلوب¬تر رخ می¬دهد. در ادامه اکسیداسیون، نیز وجود مرزدانه¬های بسیار زیاد در پوشش نانوساختار، تأمین و نفوذ al از داخل پوشش به سوی سطح را همچنان تسهیل می¬کند تا به پایداری لایه محافظ اکسیدی کمک نماید.