ایجاد پوشش‌های کامپوزیتی آلومینیم- تیتانیم- نیتروژن بر سطح تیتانیم خالص تجاری توسط فرایند قوس تنگستن-گاز محافظ

نویسندگان

1 بخش مهندسی مواد، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه شهید باهنر کرمان، کرمان، ایران

2 دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، شاهین‌شهر، اصفهان، ایران

چکیده

هدف از انجام پژوهش حاضر، ایجاد پوشش‌های کامپوزیتی حاوی ترکیب‌های بین‌فلزی Ti-Al-Nنبر سطح زیرلایه تیتانیم خالص به‌منظور ارتقای خواص سطحی آن است. در این ارتباط عملیات پوشش‌دهی با استفاده از فرایند قوس تنگستن-گاز محافظ و با بهره‌گیری از سیم‌جوش آلومینیم ۱۱۰۰ در دو محیط آرگون و آرگون حاوی نیتروژن انجام شد. بررسی‌های فازی و ساختاری نمونه‌ها توسط دستگاه پراش‌سنج پرتو ایکس، میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی صورت گرفت. مقدار سختی و رفتار خوردگی پوشش‌های حاصل نیز به‌ترتیب توسط دستگاه سختی‌سنج (ویکرز) و پتانسیواستات مقایسه شد. نتایج حاصل حکایت از امکان ایجاد ساختار کامپوزیتی حاوی ترکیب‌های بین‌ فلزی Al3Ti، Ti3Al2N2 و Ti3Al بر سطح زیرلایه تیتانیم دارد. کمترین میزان فازهای ترد و عیوب جوش در شرایط پوشش‌دهی با استفاده از گاز آرگون در فصل مشترک اتصال بین تیتانیم و پوشش قابل حصول است. اگرچه با انجام جوشکاری در حضور نیتروژن در گاز محافظ، عیوب ساختاری جوش مانند تخلخل و غیریکنواختی افزایش می‌یابد، پوشش‌های حاصل در حضور این گاز از سختی بیشتر (بیش از 100 ویکرز) و مقاومت به خوردگی بالاتری (بیش از ۲ برابر) در مقایسه با نمونه‌های حاصل تحت گاز محافظ آرگون برخوردار بودند.     

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Development of Al-Ti-N Composite Coatings on Commercially Pure Ti Surface by Tungsten Inert Gas Process

نویسندگان [English]

  • S. Arjmand 1
  • M. Tavoosi 2
1 Department of Metallurgy and Materials Science, Shahid Bahonar University of Kerman, Kerman, Iran.
2 Department of Materials Engineering, Malek-Ashtar University of Technology, Shahin-Shahr, Isfahan, Iran.
چکیده [English]

The present work aims to modify surface properties of pure Ti by development of Ti-Al-N intermetallic composite coatings. In this regard, tungsten inert gas (TIG) cladding process was carried out using Al 1100 as filler rod with Ar and Ar+N2 as shielding gases. Phase and structure of the samples were investigated by X-ray diffraction (XRD) technique, optical microscopy (OM) and scanning electron microscopy (SEM). Hardness values and corrosion behavior of the obtained coatings were also compared using Vickers microhardness tester and potentiostat, respectively. The results showed that composite structure containing Al3Ti, Ti3Al2N2 and Ti3Al intermetallic compounds could be formed on the surface of pure Ti. Amounts of brittle phases and welding defects at the titanium-coating interface were least by welding under pure Ar shielding. Despite the increasing amount of structural defects such as porosity and non-uniformity under Ar+N2 shielding, the prepared coatings had higher hardness (more than 100 HV) and corrosion resistance (more than twice) compared with those obtained under Ar shielding.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Composite coating
  • TIG process
  • intermetallic compound
  • Corrosion

مراجع

1. Vaziri, A., and Heydarzadeh Sohi, M., “Liquid Phase Surface Alloying of CP-Titanium with Aluminum in an Atmosphere of Argon and Nitrogen”, Surface & Coatings Technology, Vol. 206, pp. 3788-3794, 2012.
2. Liu, Z., Donatus, U., Thompson, E., and Skeldon, P., “Corrosion Behaviour of the Anodic Oxide Film on Commercially Pure Titanium in NaCl Environment”, International Journal of Electrochemical Science, Vol. 9, pp. 3558-3573, 2014.
3. Torres, Y., Sarria, P., Jose Gotor, F., and Gutierrez, E., “Surface Modification of Ti-6Al-4V Alloys Manufactured by Selective Laser Melting: Microstructural and Tribo-Mechanical Characterization”, Surface & Coatings Technology, Vol. 348, pp. 31-40, 2018.
4. Yazdi, R., and Kashani Bozorg, S. F., “Microstructure and Wear of In-Situ Ti/(TiN+TiB) Hybrid Composite Layers Produced using Liquid Phase Process”, Materials Chemistry and Physics, Vol. 157, pp. 147-157, 2014.
5. Li-bin, N., and Ju-mei, Z., “In-Situ Synthesis of Al3Ti Particles Reinforced Al-Based Composite Coating”, Transactions of Nonferrous Metals Society of China, Vol. 22, pp. 1387-1392, 2012.
6. Shoja Razavi, R., Salehi, M., Monirvaghefi, M., and Mozafarnia, R., “Effect of Laser Gas Nitriding on the Microstructure and Corrosion Properties of Ti-6Al-4V Alloy”, Iron and Steel Institute of Japan International, Vol. 47, pp. 709-714, 2007.
7. Majumdar, J., “Laser Surface Engineering of Titanium and Its Alloys for Improved Wear, Corrosion and High-Temperature Oxidation Resistance”, Laser Surface Engineering, Vol. 21, pp. 483-521, 2015.
8. Tavoosi, M., and Arjmand, S., “In- Situ Formation of Al/Al3Ti Composite Coating on Pure Ti Surface by TIG Surfacing Process”, Surfaces and Interfaces, Vol. 8, pp. 1-7, 2017.
9. Fu, Y., Zhang, X., and Sui, J., “Microstructure and Wear Resistance of One-Step In-Situ Synthesized TiN/Al Composite Coatings on Ti-6Al-4V Alloy by a Laser Nitriding Process”, Optics & Laser Technology, Vol. 67, pp. 78-85, 2015.
10. Zhecheva, A., Sha, W., and Malinov, S., “Enhancing the Microstructure and Properties of Titanium Alloys Through Nitridig and Other Surface Engineering Method”, Surface and Coatings Technology, Vol. 200, pp. 2192-2207, 2005.
11. Tijo, D., Masanta, M., and Kumar Das, A., “In-Situ TiC-TiB2 Coating on Ti-6Al-4V Alloy by Tungsten Inert Gas (TIG) Cladding Method: Part-I. Microstructure Evolution”, Surface & Coatings Technology, Vol. 344, pp. 541-552, 2018.
12. Tijo, D., and Masanta, M., “In-Situ TiC-TiB2 Coating on Ti-6Al-4V Alloy by Tungsten Inert Gas (TIG) Cladding Method: Part-II. Mechanical performance”, Surface & Coatings Technology, Vol. 344, pp. 579-589, 2018.
13. Arjmand, S., Khayati, G. R., and Akbari, G. H., “Al/Ti5Si3-Al3Ti Composite Prepared Via In-Situ Surface Coating of Ti using Tungsten Inert Gas Welding”, Journal of Alloys and Compounds, Vol. 808, pp. 1-15, 2019.
14. Mridha, S., “Intermetallics Coatings Produced by TIG Surface Melting”, Journal of Materials Processing Technology, Vol. 113, pp. 516-520, 2000.
15. Perdrix, P., and Trichet, M. F., “Influence of Nitrogen on the Microstructure and Mechanical Properties of Ti-48Al Alloy”, Intermetallics, Vol. 9, pp. 147-155, 2001.
16. Tavoosi, M., and Arjmand, S., “The Formation of Al3Ti Intermetallic Compound at the Junction Interface of Titanium-Aluminum Diffusional Coupling by Means of Diffusional Annealing Process”, Journal of Advanced Materials in Engineering, Vol. 37, pp. 37-44, 2018.
17. Tavoosi, M., Arjmand, S., and Adelimoghaddam, B., “Surface Alloying of Commercially Pure Titanium with Aluminium and Nitrogen using GTAW Processing”, Surface & Coatings Technology, Vol. 311, pp. 314-320, 2017.
18. Khoshhal, R., Soltanieh, M., and Mirjalili, M., “Formation and Growth of Titanium Aluminum Layer at the Surface of Titanium Sheets Immersed in Molten Aluminum”, International Journal of Materials Science & Engineering, Vol. 7, pp. 24-31, 2010.
19. Hillert, M., Phase Equilibria, Phase Diagrams and Phase Transformation (Their Thermodynamic Basis), 2rd ed., The United States of America by Cambridge University Press, New York, 2008.
20. Li, G., Zhang, L., Cai, F., Yang, Y., Wang, Q., and Zhang., S, “Characterization and Corrosion Behaviors of TiN/TiAlN Multilayer Coatings by Ion Source Enhanced Hybrid Arc Ion Plating”, Surface & Coatings Technology, Vol. 366, pp. 355-365, 2019.
21. Sun, S., Zheng, Q., Li, D., Hu, S., and Wen, J., “Exfoliation Corrosion of Extruded 2024-T4 in the Coastal Environments in China”, Corrosion Science, Vol. 53, pp. 2527-2538, 2011.
22. Zheng, D., Zhu, S., and Wang, F., “The Influence of TiAlN and Enamel Coatings on the Corrosion Behavior of Ti6Al4V Alloy in the Presence of Solid NaCl Deposit and Water Vapor at 450 °C”, Surface & Coatings Technology, Vol. 201, pp. 5859-5864, 2007.
23. Ghasemi, A., Raja, V. S., Blawert, C., Dietzel, W., and Kainer, K. U., “The Role of Anions in the Formation and Corrosion Resistance of the Plasma Electrolytic Oxidation Coatings”, Surface & Coatings Technology, Vol. 204, pp. 1469-1478, 2010.
24. Shukla, A. K., and Balasubramaniam, R., “Effect of Surface Treatment on Electrochemical Behavior of CP Ti, Ti-6Al-4V and Ti-13Nb-13Zr Alloys in Simulated Human Body Fluid”, Corrosion Science, Vol. 48, pp. 1696-1720, 2006.
25. Oliveira, V., Aguiar, C., Vazquez, A. M., Robin, A., and Barboza, M., “Improving Corrosion Resistance of Ti-6Al-4V Alloy Through Plasma-Assisted PVD Deposited Nitride Coatings” Corrosion Science, Vol. 88, pp. 317-327, 2014.
مواد پیشرفته در مهندسی
دوره 39، شماره 3
آذر 1399
صفحه 73-98

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار

ارتقاء امنیت وب با وف ایرانی