تأثير إضافة النيكل على البنية المجهرية وخواص

التكسية بالليزر لسبائك النحاس CuAl10

تأثير إضافة النيكل على البنية المجهرية وخواص

التكسية بالليزر لسبائك النحاس CuAl10

تُستخدم سبائك النحاس على نطاق واسع في مجالات الهندسة البحرية والمعدات الكيميائية وغيرها، نظرًا لموصليتها الحرارية الممتازة ومقاومتها للتآكل، إلا أن صلابة سطحها ومقاومتها للتآكل غير الكافية غالبًا ما تحدّ من عمرها الافتراضي. ويمكن تحسين أداء سبائك النحاس المُغطاة بالليزر من خلال تعديل سطحها، وذلك عن طريق تصميم تركيبها.

أظهرت دراسات حديثة أن إضافة عنصر النيكل تُحسّن عملية طلاء التكسية بالليزر لسبائك النحاس CuAl10، حيث تُحسّن بنيتها المجهرية وخواصها الميكانيكية ومقاومتها للتآكل بشكل ملحوظ. ستتناول هذه المقالة بالتفصيل آلية هذا التحسين بإضافة عنصر النيكل.

تطور البنية المجهرية لطلاء CuAl10 بعد إضافة النيكل

البنية المجهرية لطلاء التكسية بأوزان مختلفة من النيكل %0% (ب) 1.5% (ج) 3.0% (د) 4.5%

في طبقة التغليف CuAl10 الخالية من النيكل، تتوزع المرحلة الثانية عشوائيًا على شكل تفرعات أو كرات، مما ينتج عنه بنية غير متجانسة. بعد إضافة 1.5% إلى 6.0% من النيكل، يعمل النيكل كعامل مساعد للانتشار، مما يعزز ذوبان العناصر الصلبة في مصفوفة α-Cu ويمنع ترسب المرحلة الثانية. عندما يصل محتوى النيكل إلى 4.5%، يصبح سطح طبقة التغليف خاليًا تقريبًا من عيوب الجسيمات، ويتميز ببنية مجهرية متصلة وناعمة.

تطور الصلابة المجهرية لطلاء CuAl10 بعد إضافة النيكل

منحنيات الصلابة لطلاء التكسية بأوزان مختلفة من النيكل (%)0#: 0%, 1#: 1.5%, 3#: 4.5%

تتحسن الصلابة المجهرية بشكل ملحوظ من حالة "التذبذب" إلى حالة "الانتظام" عند إضافة النيكل. تتذبذب صلابة الطلاء الخالي من النيكل بشكل كبير (157-268 HV) نتيجةً للتوزيع غير المتجانس للطور الثانوي، مما يؤدي إلى تركيز الإجهاد الموضعي. بعد إضافة النيكل، يصبح تأثير تقوية المحلول الصلب واضحًا، ويتحسن انتظام توزيع الصلابة.

خاتمة

لقد أدى إدخال عنصر النيكل، من خلال الآليتين المزدوجتين لتقوية المحلول الصلب والتخميل الكهروكيميائي، إلى تحقيق قفزة نوعية في أداء طلاء CuAl10 المغطى بالليزر.

في المستقبل، من المتوقع أن تؤدي إضافة عناصر متعددة (مثل Ni+Cr+Mo) وتحسين معايير العملية في طلاء CuAl10 بتقنية التكسية بالليزر إلى تجاوز حدود الأداء بشكل أكبر.

حبيبات دقيقة. لوحظ وجود رواسب بيضاء وفيرة على طول حدود الحبيبات. بعد المعالجة بالضغط الحراري المتساوي عند درجة حرارة 1230 درجة مئوية، حدثت إعادة تبلور شبه كاملة. تحولت البنية المجهرية لعينة HIP-1230 من بلورات عمودية خشنة إلى حبيبات متساوية المحاور ذات حدود حبيبية مستقيمة، وهو ما يتوافق مع تسارع هجرة حدود الحبيبات عند درجة الحرارة العالية. انخفض عدد الرواسب البيضاء على حدود الحبيبات بشكل ملحوظ مقارنةً بحالة المعالجة عند درجة حرارة 1150 درجة مئوية.

الاستنتاجات

يُعزى تكوّن الشقوق في سبيكة Rene125 المعالجة بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد بالليزر (LPBF) بشكل رئيسي إلى تركيز الإجهاد على حدود الحبيبات وانفصال الطور اليوتكتيكي ذي نقطة الانصهار المنخفضة في منطقة تداخل حوض الانصهار. وتؤدي زيادة سرعة المسح إلى تعزيز الانتقال من نمط الثقب الرئيسي إلى نمط التوصيل، مما يُحسّن نمو الحبيبات الموجه ويُخفف من تكوّن الشقوق.

تُعالج عملية الضغط المتساوي الحراري (HIP) الشقوق والمسام المتبقية أثناء عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد بالليزر (LPBF) بفعالية. ويتحقق تكثيف شبه كامل عند درجة حرارة 1230 درجة مئوية، مصحوبًا بإعادة تبلور كاملة وانخفاض كبير في كثافة الانخلاعات.

مساحيق التكسية بالليزر الأخرى التي تنتجها شركة TRUER:

أساس النحاس: CuSn10، CuSn15، CuSn12Ni2، CuAl10، CuAl10Fe1، Cu-1، Cu-2، CuAlNiFe

سبائك أساسها النيكل: C22، C276، مونيل 400، مونيل K500، إنكونيل 600، إنكونيل 625، إنكونيل 825، هاستيلوي C، هاستيلوي B، NiCr 80/20، NiCrAlY، Ni60A، Ni60B، Ni40

أساس الكوبالت: ستيليت 1، ستيليت 3، ستيليت 6، ستيليت 12، ستيليت 21، ستيليت 25، ستيليت 31، ترايبولوي T400، T800، T900

أساس حديدي: D2، H13، M2، T15، T15M، 18Ni300، M35، M42، S390، M390

سبائك أساسها التنجستن: WC-12Co، WC-10Ni، WC-65Ni60، WC-10Co-4Cr