استفاده از واکنش سنتز احتراقی ترکیب بین فلزی Niti جهت اتصال فولاد به کاربید تنگستن

در این پژوهش امکان ایجاد اتصال فولاد – کاربید تنگستن با استفاده از روشی نوین بر پایه فرآیندهای سنتز احتراقی بررسی شده و مکانیزم اتصال مورد بحث قرار گرفته است. سامانه‌ای آزمایشگاهی با هدف گرمایش سریع نمونه و انجام واکنش سنتز تحت فشار و در اتمسفر محافظ طراحی و ساخته شد. بین قطعاتی استوانه‌ای شکل از فولاد و کاربید، لایه‌ای متشکل از مخلوط فشرده‌ پودرهای عنصری نیکل و تیتانیم به عنوان پودر واکنشگر و منبع تولید گرما در اتصال‌دهی مورد استفاده قرارگرفت. برای تهیه این لایه، پودر عناصر با توجه به نسبت مولی 1:1 ni:ti = توزین و مخلوط و به‌صورت قرص‌های خام به قطر mm 12 فشرده شدند. از یک کوره‌ی القایی جهت گرمایش سریع مخلوط پودری فشرده نیکل – تیتانیم و انجام واکنش گرمازای سنتز احتراقی و تولید ترکیب بین‌فلزی niti بین قطعات مورد اتصال استفاده شد. پس از اتصال، نمونه‌ها به منظورمطالعات ریزساختاری و بررسی کیفیت اتصال در فصول مشترک niti/کاربید و niti/فولاد از وسط برش زده شده و متالوگرافی شدند. به منظور مشخصه‌یابی نمونه‌ها از آنالیزxrd و semedsاستفاده شد. آنالیزهای انجام شده موید تشکیل niti به‌عنوان فاز اصلی در اثر انجام واکنش سنتز احتراقی در مخلوط پودری فشرده ni+ti بود. نتایج آنالیز عنصری نقطه‌ای، نفوذ عناصر تنگستن و کبالت در لایه‌ی اتصال niti و همچنین نفوذ متقابل تیتانیم و نیکل را اثبات کرد. بررسی نقشه‌ی توزیع عناصر در فصل مشترک‌های اتصال، تجمع عناصر نیکل و تنگستن در فصل مشترک کاربید/ niti و عناصر تیتانیم و آهن در فصل مشترک فولاد/ niti را به دلیل تشکیل پیوند در فصل مشترک‌ها در نتیجهی دمای بالای فرآیند تایید کرد. نتایج نشان داد که با استفاده از واکنش‌های سنتز احتراقی و ذوب موضعی محصول niti تشکیل شده، امکان برقراری اتصالی با کیفیت مناسب بین کاربید تنگستن و فولاد با استفاده از لایه واسط niti به دلیل نفوذ عناصر و تشکیل پیوند در فصل مشترک‌های اتصال و ایجاد چسبندگی میان اجزای اتصال وجود دارد.

The application of combustion synthesis reactions in NiTi system in the joining of steel to tungsten carbide

In this study, the possibility of establishing steel/tungsten carbide joints via a novel method based on combustion synthesis process was studied. An experimental setup was designed for rapid heating and ignition of a cylindrical sample composed of compressed, exothermic mixture of Ni and Ti powders. The sample was placed as the bonding intermediate between steelWC parts. The combustion reaction resulted in the formation of NiTi intermetallic compound, which was melted down and attached to both steel and WC parts. To prepare the green samples, Ni and Ti powders were weighed out to a molar ratio of Ni:Ti=1:1, and coldpressed. The heating and ignition of the samples were carried out using inductive heating. After the joining was accomplished, the samples were cut in halves and characterized using XRD and SEMEDS techniques. The analyses showed the formation of NiTi as the main phase as the product of synthesis. The elemental composition profile across the interfacial regions proved the diffusion of tungsten and cobalt elements in NiTi bonding layer and interdiffusion of titanium and nickel. Examination of Xray maps within the joint confirmed the accumulation of nickel and tungsten in the carbide/NiTi joint and titanium and iron elements in the steel/NiTi joint due to high process temperature, accelerated diffusion, and bond formation at the joint. The results showed that by using the combustion synthesis reactions for the formation of NiTi compound, it is possible to establish acceptable joints between tungsten carbide and steel via an intermediate layer of NiTi.