بهبود چقرمگی شکست و مقاومت سایشی پوشش پلاسمایی اکسید کروم از طریق افزودن نانوذرات ysz

در پژوهش حاضر، رفتار سایشی پوشش‌های cr2o3-20ysz (cz) و cr2o3 (c) ایجادشده به روش پاشش پلاسمایی اتمسفری (aps) بررسی شده است. بدین منظور در ابتدا نانوپودرهای اکسید کروم و ysz پس از 5 ساعت آسیاکاری در آسیاب با انرژی بالا تولید شده و متعاقباً پاشش پلاسمایی مخلوط‌های پودری آگلومره بر سطح زیرلایه فولادی ضدزنگ 304l انجام گرفت. ارزیابی‌های ریزساختار این پوشش های سرامیکی از طریق پراش اشعه ایکس (xrd)، میکروسکوپ الکترونی گسیل مغناطیسی (fesem) و میکروسکوپ نوری انجام شد. خواص مکانیکی پوشش‌ها شامل سختی، استحکام چسبندگی و چقرمگی شکست به‌منظور توجیه رفتار سایشی پوشش‌ها ارزیابی گردید. آزمون سایش گلوله بر دیسک، با به‌کارگیری گلوله آلومینا و در دمای محیط انجام شد. افزودن نانوذرات ysz به زمینه اکسیدکروم، از طریق مکانیزم استحاله زیرکونیا موجب افزایش چقرمگی شکست پوشش تولیدی گردید که البته کاهش جزئی در سختی پوشش را نیز به همراه داشت. نتایج آزمون سایش نشان داد که هر دو پوشش دارای ضریب اصطکاک در بازه مناسب 15/011/0 بودند. پوشش کامپوزیتی cz در مقایسه با پوشش c مقاومت سایشی بالاتری نشان داد به گونه‌ای که کاهش وزن‌ پوشش‌ها به ترتیب برابر با 11 و 31 میلی‌گرم به دست آمد. بررسی‌های صورت گرفته در شیار ناشی از سایش پوشش cz نشان داد که نرخ سایش پایین‌تر این پوشش مربوط به چقرمگی بالاتر پوشش و در نتیجه پر شدن تخلخل‌های پوشش از طریق تغییر شکل پلاستیکی براده های سایش بود.

Improvement in fracture toughness and wear resistance of plasmasprayed chromia coating by addition of YSZ nanoparticles

In the present research, wear behavior of Cr2O320YSZ (CZ) and Cr2O3 (C) coatings created using atmospheric plasma spray (APS) process was evaluated. For this purpose, Cr2O3 and YSZ nanopowders were produced after milling for 5h in a highenergy ball mill and subsequently plasma spraying of the agglomerated powders was carried out on 304L substrates. Microstructural characterization of these ceramic coatings was performed using Xray diffraction (XRD), field emission scanning electron microscopy (FESEM) equipped with energy dispersive Xray spectroscopy (EDS) and optical microscope. Mechanical tests including adhesive strength, fracture toughness, and microhardness were used so as to explain the coatings wear behavior. Sliding wear test was conducted using a ballondisk configuration against an alumina counterpart at room temperature. Addition of YSZ particles to the Cr2O3 matrix due to the phase transformation toughening mechanism associated with tetragonal zirconia resulted in an increase in the fracture toughness while decreased the microhardness. It was found that the composite coatings had the friction coefficients of the proper order of 0.110.15. The CZ composite coating compared to the C coating showed the higher wear resistance so that the weight loss was obtained as 11 and 31 mg, respectively. Observation of the wear tracks of the coatings indicated that the lower wear rate of the CZ coating was attributed to its higher toughness and therefore filling the pores due to the higher plastic deformation of its wear debris.