چکیده

در فرایندهای پوشش­دهی پاشش پلاسمایی زیرلایه­های سوپرآلیاژ تک­کریستالو جهت­دار، عدم تطابق موجود بین پوشش­ MCrAlY پلی کریستال و زیرلایه منجر به ایجاد کرنش­های عدم تطابق در فصلمشترک و نتیجتاً باعث کاهش مقاومت خستگی حرارتی-مکانیکی می­شود. فرایند روکش‌کاریلیزری با ایجاد پوشش­های رونشستی، به پوشش‌های محافظ اجازه می­دهد تا با زیرلایهمطابقت داشته باشد. هدف ازپژوهش حاضر، رسوب­دهی پوشش NiCoCrAlY رویزیرلایه سوپر آلیاژ جهت­دار به روش روکش‌کاری لیزری وارزیابی تأثیر آن روی خواص پوشش می­باشد. بدین منظور تأثیر متغیرهای فرایند روکش‌کاریلیزری بر رشد رونشستی پوشش روی زیرلایه CMSX-4 جهت­دار بررسی شده و ساختار میکروسکوپی، عیوب، ریزسختی، زبری و مقاومتاکسیداسیون دمابالای نمونه­ها مورد ارزیابی قرار گرفت. مطالعات ریزساختاری بااستفاده از میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی انجام شد. سختی نمونه­ها با دستگاه ریزسختی سنج و زبریسنجی با دستگاه پروفیل­متر لیزری اندازه گیری شد. آزمون اکسیداسیون همدما در دمای1000 درجه سانتی­گراد به مدت 144 ساعت در کوره­ای با قابلیت برنامه­ریزی انجام شد.نتایج بررسی­های ریزساختاری نشان داد پوشش­های تک پاس و چند پاس NiCOCrAlY روی زیرلایه CMSX-4 جهت­دار به صورت رونشستی در جهت ترجیحی [001] زیرلایه رشد کردند. ریز ساختارپوشش­ها از فصل مشترک تا سطح پوشش به صورت دندریتی سلولی، دندریتی ستونی و هم­محورتغییر کرد. نتایج هندسه روکش­های تک­پاس و تأثیر پارامترهای فرآیند بر آن نشان داد که باافزایش توان و نرخ تغذیه پودر و کاهش سرعت روبش لیزر، ارتفاع روکش افزایش می­یابد.از طرف دیگر عرض روکش و عمق نفوذ با افزایش توان وکاهش سرعت روبش لیزر و نرخ تغذیهپودر افزایش پیدا می­کند. میزان آمیختگی هندسی در اثر افزایش توان و سرعت روبشلیزر و کاهش نرخ تغذیه پودر، بیشتر می­شود. با کاهش توان و سرعت روبش لیزر وافزایش نرخ تغذیه پودر، زاویه ترشوندگی افزایش می­یابد. با تغییر در شرایط خنککننده از هوا به یخ خشک، منطقه ستونی پوشش­ بهینه حدود 25 درصد افزایش ارتفاع را نشان دادو فاصلهبازوهای اولیه و ثانویه کاهش یافت. با افزایش سرعت روبش لیزر فاصله بازوهای دندریت­های اولیهو ثانویه از فصل مشترک تا سطح پوشش کاهش یافت. برای نمونه بهینه ریزسختی زیرلایه،فصل مشترک و پوشش به ترتیب 372، 413 و516 ویکرز اندازه­گیری شد. زبری سطح پوشش­هابا افزایش سرعت روبش لیزر   کاهش یافت. بررسی نمونه­های حاصلاز آزمون اکسیداسیون نشان داد که دو فاز –Al₂O₃? و اسپینل مضر Ni(Cr,Al)₂O₄   روی سطح پوشش­ها تشکیل شده است.لایه اکسیدی تشکیل شده روی زیرلایه دچار ترک، تخلخل و پوسته شدن شد؛ درحالی کهلایه اکسیدی پوشش­ها فاقد هرگونه تخلخل، ترک و پوسته شدن بود. با افزایش سرعت روبشلیزر و کاهش زبری سطح، نفوذ عناصر نیکل و کروم از پوشش به لایه اکسیدی افزایش یافتو فاز اسپینل بیشتری تشکیل شد. بررسی سینتیک اکسیداسیون زیرلایه و پوشش­های NiCoCrAlY یک مرحله سریع اولیه و متعاقبآن یک مرحله ثابت را نشان داد. افزایش وزن زیرلایه نسبت به پوشش­هابیشتر بود و در پوشش­ها نیز با افزایش سرعت روش لیزر و کاهش زبری سطح، نرخاکسیداسیون بیشتر شد. خنک کردن زیرلایه با یخ خشک نرخ اکسیداسیون را به میزان کمیافزایش داد.

کلمات کلیدی:

  پوشش NiCoCrAlY؛ روکش­کاری لیزری؛ سوپرآلیاژ CMSX-4 جهت­دار؛ رشد رونشستی؛ اکسیداسیون دمای بالا.