Czasopismo | OCHRONA PRZED KOROZJĄ | Rocznik 2024 - zeszyt 11

Effect of laser surface treatment on properties of S-Monel alloy nanoparticles fabricated via powder technology

Wpływ laserowej obróbki powierzchni na właściwości nanocząstek stopu S-Monel wytworzonych w technologii proszkowej

10.15199/40.2024.11.2

nr katalogowy: 151496
10.15199/40.2024.11.2

Streszczenie

This study aimed to fabricate S-Monel alloy (66% Ni, 30% Cu, 4% Si) using powder technology for its technological and economic worth. After tacking, silicon, copper, and nickel powders were combined in the ratios mentioned above and crushed under isostatic cold pressure (8 t). At a distance of 100 cm, the samples underwent laser surface treatment with varying energies (0 mJ, 200 mJ, 260 mJ, and 300 mJ) and pulse durations (10 s). The X-ray diffraction test indicated that all samples have a face-centered cubic (FCC) structure. Notably, the samples treated with 300 mJ exhibited the best properties, including an increase in phase intensity. The laser treatment melted all surface molecules, resulting in improved structural characteristics. Hardness value (Rockwell method), apparent density, water absorption, and porosity were all impacted by surface laser treatment. On the other hand, samples were immersed in a 3.5% NaCl solution for 3, 5, 7, 9, and 11 days to examine the impact of heat treatment on alloy corrosion resistance. Hardness parameters increased while the porosity ratio and water absorption reduced after laser treatment. It has also been found that wear resistance increases with increased laser therapy.

Abstract

Przedmiotem badań było wytworzenie stopu S-Monel (66% Ni, 30% Cu, 4% Si) przy użyciu technologii proszkowej ze względu na jego wartość technologiczną i ekonomiczną. Po przygotowaniu proszki krzemu, miedzi i niklu połączono w wyżej wymienionych proporcjach i rozdrobniono pod izostatycznym ciśnieniem na zimno (8 t). Próbki poddano laserowej obróbce powierzchniowej z odległości 100 cm z różną energią (0 mJ, 200 mJ, 260 mJ i 300 mJ) i czasem trwania impulsu (10 s). Badanie za pomocą dyfrakcji promieniowania rentgenowskiego wykazało, że wszystkie próbki mają strukturę sześciennie centrowaną (FCC). Warto zauważyć, że próbki poddane działaniu energii 300 mJ wykazywały najlepsze właściwości, w tym wzrost intensywności fazy. Obróbka laserowa stopiła wszystkie cząsteczki powierzchniowe, co poprawiło właściwości strukturalne. Twardość (mierzona metodą Rockwella), gęstość pozorna, absorpcja wody i porowatość uległy zmianie pod wpływem powierzchniowej obróbki laserowej. Próbki zanurzono również w 3,5-proc. roztworze NaCl na 3, 5, 7, 9 i 11 dni w celu zbadania wpływu obróbki cieplnej na odporność stopu na korozję. Parametry twardości wzrosły, podczas gdy współczynnik porowatości i absorpcja wody zmniejszyły się po obróbce laserowej. Stwierdzono również, że odporność na zużycie wzrasta wraz ze stopniem obróbki laserowej.

Słowa kluczowe

Keywords

Bibliografia

[1] Q. Li, Y. B. Xu, Z. H. Lai, L. T. Shen, Y. L. Bai. 2000. “Dynamic Recrystallization Induced by Plastic Deformation at High Strain Rate in a Monel Alloy.” Materials Science and Engineering: A 276(1–2): 250–256. DOI: 10.1016/S0921- 5093(99)00127-6.
[2] B. Li, J. Gu, Q. Wang, C. Ji, Y. Wang, J. Qiang, C. Don. 2012. “Cluster Formula of Fe-Containing Monel Alloys with High Corrosion-Resistance.” Materials Characterization 68: 94–101. DOI: 10.1016/j.matchar.2012.04.002.
[3] Y. Yang, C. Wei, Y. Yao, X. Chen, W. Li, Y. Jia, Z. Chen, J. Hu. 2023. “Explosive Cladding of Monel Alloy Tube and Copper Rod.” International Journal of Mechanical Sciences 247: 108173. DOI: 10.1016/j.ijmecsci.2023.108173.
[4] O. F. Abdullah, O. A. Hussein, E. T. Karash. 2020. “The Laser Surface Treatment Effective on Structural Properties for Invar Alloy (Fe–Ni) Type Prepared by Powder Technology.” Key Engineering Materials 844: 97–103. DOI: 10.4028/www. scientific.net/kem.844.97.
[5] K. D. Ramkumar, V. Joshi, S. Pandit, M. Agrawal, O. S. Kumar, S. Periwal, M. Manikandan, N. Arivazhagan. 2014. “Investigations on the Microstructure and Mechanical Properties of Multi-Pass Pulsed Current Gas Tungsten Arc Weldments of Monel 400 and Hastelloy C276.” Materials and Design 64: 775– 782. DOI: 10.1016/j.matdes.2014.08.055.
[6] J. Chen, J. Wang,, F. Yan, Q. Zhang, Q. Li. 2015. “Effect of Applied Potential on the Tribocorrosion Behaviors of Monel K500 Alloy in Artificial Seawater.” Tribology International 81: 1–8. DOI: 10.1016/j.triboint.2014.07.014.
[7] U. Esgin, D. Özyürek, H. Kaya. 2016. “An Investigation of Wear Behaviors of Different Monel Alloys Produced by Powder Metallurgy.” AIP Conference Proceedings 1727: 020008. DOI: 10.1063/1.4945963.
[8] Z. Wang, L. Fang, I. Cotton, R. Freer. 2015. “Ni–Cu Interdiffusion and Its Implication for Ageing in Ni-Coated Cu Conductors”. Materials Science and Engineering: B 198: 86–94. DOI: 10.1016/j.mseb.2015.04.006.
[9] R. Monzen, Y. Shimada, C. Watanabe. 2010. “Mechanical Properties of Cu–Ni–Be System Alloys.” Journal of Physics Conference Series 240(1): 4. DOI: 10.1088/1742- 6596/240/1/012102.
[10] A. Varea, E. Pellicer, S. Pané, B. J. Nelson, S. Suriñach, M. Dolors Baró, J. Sort. 2012. “Mechanical Properties and Corrosion Behaviour of Nanostructured Cu-Rich CuNi Electrodeposited Films.” International Journal of Electrochemical Science 7(2): 1288–1302. DOI: 10.1016/S1452-3981(23)13414-6.
[11] C. Kittel. 2005. Introduction to Solid State Physics. Hoboken, New Jersey: John Wiley and Sons.
[12] M. Zhang, Y. Wu, H. Cui, J. Cheng.2021. “Research on the Relationship between Solid Physics and Quantum Mechanics Based on Computer.” Journal of Physics: Conference Series 1744: 032176. DOI: 10.1088/1742-6596/1744/3/032176.
[13] O. F. Abdullah, A. K. Jarallah, F. Maher, R. R. Yahia. 2022. “A Synthetic Study of Archaeological (Cu–Sn–P) Bronze Alloy Maintenance by Simulation Method.” AIP Conference Proceedings 2394: 020001. DOI: 10.1063/5.0120926.
[14] I. K. Jassim , K. H. Erzaich, O. F. Abdullah, M. A. Majeed. 2015. “The Effect of Heat Treatment on the Physical and Mechanical Properties of the (Alnico-5) Alloy Prepared by Powder Metallurgy Method.” Advanced in Applied Science Research 6(8): 36–41. DOI: 10.13140/RG.2.2.23934.23361.
[15] Y. Kocak. 2010. “A Study on The Effect of Fly Ash and Silica Fume Substituted Cement Paste and Mortars.” Scientific Research and Essays 5(9): 990–998.
[16] L. A. Dobrzański, B. Dołżańska. 2010. “Structure and Properties of Sintered Tool Gradient Materials.” Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering 43(2): 711–733.
[17] E. J. Salih, S. M. A. Allah, S. Y. Darweesh, H. A. Mohammed. 2021. “Study of Some of the Physical Variables of a Metal-Based System Using the Powder Method.” Journal of Physics: Conference Series 1999(1): 012068. DOI: 10.1088/1742- 6596/1999/1/012068.
[18] N. A. Ghazal, Z. N. Majeed, S. Y. Darweesh. 2024. “The Effect of Adding Different Percentages Manganese on Some Mechanical and Magnetic Properties of Composite (Al–Cu).” AIP Conference Proceedings 2885: 040003. DOI: 10.1063/5.0182248.
[19] E. J. Salih, S. M. A. Allah, S. Y. Darweesh. 2022. “Study the Structural and Mechanical Properties of the Cu–WC Composite.” AIP Conference Proceedings 2398: 020035. DOI: 10.1063/5.0094030.
[20] A. T. Dahham, T. Q. Jassim, S. Y. Darweesh. 2023. “Study the Effect of Adding Nano-Magnesium Oxide on Some Structural and Mechanical Properties of (Cu–10% Fe).” AIP Conference Proceedings 2977: 040031. DOI: 10.1063/5.0182510.
[21] A. S. Karim, Z. N. Majeed, S. Y. Darweesh. 2021. “The Effect of Nanostructured Zirconia Reinforcement on the Mechanical and Structural Properties of a Copper- Based System.” Materials Science Forum 1039: 297–306. DOI: 10.4028/www. scientific.net/MSF.1039.297.
[22] M. S. Hamoudi, A. S. Mahmoud, S. Y. Darweesh. 2022. “Studying the Effect of Grinding Time on the Physical and Mechanical Properties of the Ternary System (Al–Ni–MgO) by Powder Method.” NeuroQuantology 20(3): 626–635. DOI: 10.14704/nq.2022.20.3.NQ22351.
[23] S. H. Hameedi. 2021. “Study Effect Treatment Thermal for Cermet Composite Prepared by Flame Thermal Spray Method.” Kirkuk Journal of Science 15(4): 42– 55. DOI: 10.32894/kujss.2021.167517.
[24] H. H. Ahmed, A. R. Ahmed, S. Y. Darweesh, Z. T. Khodair, M. A. Al-Jubbori. 2020. “Processing of Turbine Blades Using Cermet Composite Materials.” Journal of Failure Analysis and Prevention 20: 2111–2118. DOI: 10.1007/s11668-020- 01027-0.
[25] S. Y. Darweesh, I. K. Jassim, A. S. Mahmood. 2019. “Characterization of Cerment Composite Coating Al2O3–Ni System.” Journal of Physics: Conference Series 1294(2): 022011. DOI: 10.1088/1742-6596/1294/2/022011.
[26] A. M. Ibraheem, S. M. A. Allah, S. Y. Darweesh. 2021. “Enhancement the Properties of Aluminum by Adding Boron Carbide by the Powder Method.” Journal of Physics: Conference Series 1999: 012074. DOI: 10.1088/1742-6596/1999/1/012074.
[27] S. H. Humeedi, S. M. Abdulkareem, S. Y. Darweesh. 2022. “The Synthetic and Mechanical Properties of a Silica Matrix Cermet Composite.” Journal of Wuhan University of Technology: Materials Science 37(3): 423–428. DOI: 10.1007/s11595- 022-2548-5.
[28] M. N. Ahmed, N. A. Daham, S. Y. Darweesh. 2024. “Structural and Mechanical Properties for (Ni–WC) System by Using Thermal Spray.” AIP Conference Proceedings 2885: 020013. DOI: 10.1063/5.0181722.

Zeszyt


OCHRONA PRZED KOROZJĄ- e-zeszyt (pdf) 2024-11 licencja: Osobista Produkt cyfrowy Nowość	55.00 zł

Prenumerata

OCHRONA PRZED KOROZJĄ - prenumerata cyfrowa
licencja: Osobista

Produkt cyfrowy
Nowość

504.00 zł

OCHRONA PRZED KOROZJĄ - papierowa prenumerata roczna + wysyłka
licencja: Osobista

Szczegóły pakietu

Nazwa
OCHRONA PRZED KOROZJĄ - papierowa prenumerata roczna	636.00 zł brutto 588.89 zł netto 47.11 zł VAT (stawka VAT 8%)
OCHRONA PRZED KOROZJĄ - pakowanie i wysyłka	42.00 zł brutto 34.15 zł netto 7.85 zł VAT (stawka VAT 23%)

678.00 zł

OCHRONA PRZED KOROZJĄ - PAKIET prenumerata PLUS
licencja: Osobista

Szczegóły pakietu

Nazwa
OCHRONA PRZED KOROZJĄ - PAKIET prenumerata PLUS (Prenumerata papierowa + dostęp do portalu sigma-not.pl + e-prenumerata)	762.00 zł brutto 705.56 zł netto 56.44 zł VAT (stawka VAT 8%)

762.00 zł

Open Access

Zeszyt

2024-11

Twój Koszyk

Zeszyt

Prenumerata

Open Access

Zeszyt

Czasopisma