نشریه علمی پژوهشی مواد پیشرفته در مهندسی

در این پژوهش، رفتار سایشی کامپوزیت‌های تجاری WC-10wt%Co (H10F)، WC-40vol%Co و کامپوزیت‌ WC-40vol%FeAl-B با مقادیر مختلف بور (صفر- ppm1000) در دمای بالا به‌روش پین روی دیسک بررسی شد. آزمون‌های سایش تحت بار 40 نیوتن و طی مسافت 100 متر و در سه دمای محیط، 200 و 300 درجه سانتی‌گراد انجام شدند. سطوح سایش به‌وسیله میکروسکوپ الکترونی روبشی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که مقاومت سایشی همه کامپوزیت‌ها با افزایش دمای آزمون، کاهش می‌یابد. کامپوزیت WC-40vol%FeAl بدون بور کمترین مقاومت سایشی را در همه دماها نشان می‌دهد. با حضور بور تا ppm 500 در زمینه آلومیناید آهن، مقاومت سایش دما بالای این کامپوزیت‌ها بهبود می‌یابد و مکانیزم سایش از جدایش ذره به خراشان تغییر پیدا می‌کند. بور با افزایش میزان چقرمگی این کامپوزیت‌ها و افزایش شکل‌پذیری آلومیناید آهن منجربه بهبود پیوند فصل مشترک زمینه آلومیناید آهن و ذرات کاربید تنگستن و بنابراین افزایش مقاومت سایشی این کامپوزیت‌ها می‌شود. کامپوزیت WC-40vol%(FeAl-500ppmB) مقاومت به سایش در دمای بالای بیشتری نسبت به WC-40vol%Co و WC-10wt%Co تجاری دارد.
 

هدف از این تحقیق به‌دست آوردن پودر کامپوزیت WC-Co از اکسیدهای فلزی WO₃ و Co₃O₄ به‌روش درجا و احیای کربوترمیک است که از کربن فعال به‌عنوان عامل احیا کننده استفاده شده است. در این مطالعه پودر اکسیدهای فلزی کبالت و تنگستن به‌همراه 17 درصد کربن (30 درصد اضافه بر مقدار استوکیومتری) در یک آسیای گلوله‌ای ماهواره‌ای، با گاز محافظ آرگون به‌مدت 20 ساعت مورد مخلوط‌سازی قرار گرفتند. نتایج آزمون حرارتی افتراقی و آزمون توزین حرارتی برروی نمونه مخلوط پودری نشان می‌دهد که در دمای 1050 درجه سانتی‌گراد اکسیدها به‌طور کامل احیا شده و کاربید تنگستن و کبالت شکل می‌گیرند. نمونه‌های فشرده شده مورد عملیات احیای کربوترمیک در دمای 1050 درجه سانتی‌گراد و به‌مدت زمان مختلف 1، 2 و 4 ساعت تحت لایه پوششی محافظ از مخلوط پودر کربن + آلومینا با نسبت 1 به 1 قرارگرفتند. طبق نتایج مطالعات پراش پرتوی ایکس، بهترین زمان نگهداری در کوره 4 ساعت است که در این شرایط واکنش‌های احیا و کربنیزه شدن تنگستن کامل می‌شود. ارزیابی نمونه‌های احیا شده در سه شرایط لایه محافظ مخلوط پودری آلومینا + کربن، لایه محافظ فویل نسوز فولادی و اتمسفر آرگون، نشان‌دهنده وجود اکسیدهای احیا نشده و فازهای اضافی در اتمسفر آرگون و لایه محافظ فویل نسوز در مقایسه با لایه محافظ مخلوط آلومینا + کربن می‌باشد. نتایج اندازه‌گیری خواص فیزیکی و مکانیکی برروی نمونه کامپوزیت زینتر شده در شرایط حرارت‌دهی با سرعت 5 درجه سانتی‌گراد در ثانیه تا دمای 1500 درجه سانتی‌گراد و زمان نگهداری 2 ساعت تحت لایه محافظ آلومینا + کربن نشان‌دهنده کسب خواص بهینه بوده (چگالی نسبی 80 درصد، چقرمگی 1/8 مگاپاسکال، میکروسختی ویکرز معادل 67/15 گیگاپاسکال) که قابل مقایسه با روش‌های پیشرفته و در عین حال پرهزینه می‌باشد.