به گزارش خبرگزاری مهر به نقل از معاونت علمی، فناوری و اقتصاد دانش‌بنیان ریاست‌جمهوری، رساله دکتری با عنوان «لحیم‌کاری سخت نامتجانس WC-Co به فولاد AISI 4140 از طریق مهندسی لایه میانی اعمال شده با روش لایه‌نشانی جرقه‌زنی الکتریکی» توسط فرزاد حبیبی آذریوش و با راهنمایی احد صمدی در دانشگاه صنعتی سهند و با حمایت بنیاد ملی علم ایران انجام شده است.

فرزاد حبیبی آذریوش، دانش‌آموخته دکتری مهندسی مواد، درباره اهمیت این پژوهش توضیح داد: در سال‌های اخیر برای تأمین نیاز صنایع مختلف از جمله حفاری، ریخته‌گری، برشکاری و سوراخکاری، از سرمت‌های سخت مانند کاربیدها استفاده می‌شود. با این حال، اتصال ناهمجنس سرامیک‌ها و سرمت‌هایی نظیر کاربید تنگستن-کبالت به فولادها و آلیاژهای فلزی، به دلیل تفاوت‌های فیزیکی و شیمیایی آن‌ها، یکی از چالش‌های مهم در حوزه مهندسی مواد و فناوری‌های جوشکاری و اتصال به شمار می‌آید.

وی افزود: تجهیزات مورد استفاده در صنایع استخراج نفت و گاز، معادن، حفاری تونل، تولید سیمان و همچنین ادوات صنعتی مانند میکسرهای ماسه، در معرض شرایط شدید سایش و خوردگی قرار دارند و این موضوع موجب کاهش عمر و قابلیت اطمینان آن‌ها می‌شود. به همین دلیل استفاده از سرمت‌های کاربیدی به دلیل سختی بسیار بالا در حدود 2000 ویکرز، مقاومت عالی در برابر سایش و خوردگی و استحکام بالا، در این صنایع مورد توجه قرار گرفته است.

به گفته این پژوهشگر، با وجود مزایای فراوان کاربیدهای سمانته، هزینه بالای تولید و مقاومت محدود آن‌ها در برابر بارهای دینامیکی مانند ضربه، باعث شده است که اتصال این مواد به پایه‌های فولادی به‌عنوان راهکاری کاربردی در طراحی ابزارهای صنعتی مورد توجه قرار گیرد.

حبیبی آذریوش درباره روش به‌کاررفته در این پژوهش توضیح داد: در این طرح، اتصال فولاد AISI 4140 به سرمت کاربید تنگستن-کبالت با استفاده از لایه میانی مس، نیکل و مونل که به روش لایه‌نشانی جرقه‌زنی الکتریکی اعمال شده‌اند، انجام شد. در ادامه نیز از آلیاژ پرکننده لحیم‌کاری بر پایه سیستم Ag-Cu-Zn-Cd استفاده شد و پارامترهایی مانند دما و زمان لحیم‌کاری و ضخامت اولیه آلیاژ لحیم، با در نظر گرفتن استحکام برشی اتصال و زاویه تماس ترشوندگی، مورد بهینه‌سازی قرار گرفت.

وی افزود: نتایج آزمایش‌های آزمایشگاهی و صنعتی نشان داد که استفاده از پیش‌پوشش میانی با روش لایه‌نشانی الکترواسپارک همراه با بهینه‌سازی پارامترهای فرایند لحیم‌کاری، می‌تواند استحکام برشی اتصالات را حدود 300 درصد افزایش دهد و در برخی کاربردهای صنعتی، عمر کاری قطعات را تا 20 برابر افزایش دهد.

این پژوهشگر ادامه داد: لایه میانی مونل از طریق تشکیل محلول جامد جانشینی و کاهش نفوذ متقابل عناصر در فصل مشترک سرمت و آلیاژ لحیم، موجب کاهش ناحیه تخلیه‌شده از کبالت در مرز اتصال شده و در نهایت استحکام اتصال را به طور قابل توجهی بهبود می‌بخشد.

وی همچنین با اشاره به محدودیت روش‌های رایج پوشش‌دهی افزود: روش‌هایی مانند لایه‌نشانی الکتروشیمیایی یا جوشکاری ذوبی در اعمال برخی پوشش‌های آلیاژی با محدودیت‌هایی مواجه هستند و اغلب فرآیندهایی زمان‌بر و پرهزینه محسوب می‌شوند. در مقابل، استفاده از روش لایه‌نشانی با جرقه‌زنی الکتریکی (ESD) به‌عنوان روشی ساده‌تر و در دسترس‌تر، می‌تواند مسیرهای جدیدی را برای توسعه فناوری‌های اتصال و لحیم‌کاری در صنایع مختلف فراهم کند.

حبیبی آذریوش در پایان خاطرنشان کرد: در جریان اجرای این پژوهش، علاوه بر تولید دانش فنی، نمونه‌هایی از قطعات تولید شده برای برخی مجموعه‌های صنعتی از جمله سازمان قطار شهری و صنایع سیمان و ریخته‌گری نیز ساخته شد. توسعه این فناوری می‌تواند زمینه‌ساز ارائه طرح‌های فناورانه جدید و گامی مؤثر در کاهش وابستگی به فناوری‌های خارجی و تقویت توان صنعتی کشور باشد.