Production of WC-Co-TiC Cermets by Electric Current Assisted Sintering Method and Investigation of Electrochemical Properties

Yıl 2022, Cilt: 10 Sayı: 3, 1218 - 1228, 31.07.2022

Nuri Ergin , Caner Kocabaş Özkan Özdemir , Necati Koçak , Mehmet Uysal

https://doi.org/10.29130/dubited.954179

Öz

Within the scope of this study, using the Electric Current Assisted Sintering (ECAS) method, the production of WC-Co and WC-Co materials with TiC additives in the ratios of 5%, 7.5% and 10% by weight were carried out in about 6 minutes in the 600-4500A current range and the effect of TiC on properties was investigated depending on the amount. From the SEM examinations, it was observed that the undoped WC-Co sample had a uniform structure, the added TiC particles had a harmonious union with the matrix and were uniformly distributed within the structure. WC, Co peaks and TiC were added to samples without additives based on XRD patterns, and WC, Co peaks as well as TiC peaks were also detected. The relative densities of the undoped WC-Co and the samples with 5%, 7.5%, 10% TiC by weight were calculated as 98.77%, 96.42%, 95.91% and 95.33%, respectively, microhardness values were determined as 1299 HV0.5, 1402 HV0.5, 1581 HV0.5 and 1768 HV0.5. Electrochemical corrosion studies were carried out in 3.5% NaCl solution by weight and the corrosion rates of the samples were determined as 96.25 mpy, 89.13 mpy, 87.64 mpy and 72.41 mpy, respectively. As a result of the studies carried out, it was determined that the relative densities decreased with the increase in the amount of TiC, while the hardness values increased and the corrosion properties improved.

Anahtar Kelimeler

WC-Co-TiC, Cermets, Electric current activated sintering, Electrochemical corrosion

WC-Co-TiC Sermetlerinin Elektrik Akımı Destekli Sinterleme Yöntemi ile Üretimi ve Elektrokimyasal Özelliklerinin İncelenmesi

Öz

Bu çalışma kapsamında, Elektrik Akımı Destekli Sinterleme (ECAS) yöntemi kullanılarak 600-4500A akım aralığında yaklaşık 6 dakika gibi bir sürede WC-Co ve ağırlıkça %5, %7,5 ve %10 oranlarında TiC katkılı WC-Co malzemelerinin üretimleri gerçekleştirilmiş ve katkı miktarına bağlı olarak TiC’ ün özellikler üzerine etkisi incelenmiştir. SEM incelemelerinden katkısız WC-Co numunesinin uniform bir yapıya sahip olduğu, ilave edilen TiC partiküllerinin matris ile uyumlu bir birleşme gösterip, yapı içerisinde üniform dağıldığı görülmüştür. XRD paternlerinden katkısız numunede WC, Co pikleri ve TiC ilave edilen numunelerde ise WC, Co piklerinin yanı sıra TiC piki de tespit edilmiştir. Katkısız WC-Co ve ağ. %5, %7.5, % 10 TiC katkılı numunelerin nispi yoğunlukları sırasıyla %98.77, %96.42, %95.91 ve %95.33 olarak hesaplanırken, mikrosertlik değerleri 1299 HV0.5, 1402 HV0.5, 1581 HV0.5 ve 1768 HV0.5 olarak belirlenmiştir. Elektrokimyasal korozyon çalışmaları Ağ.%3.5 NaCl çözeltisi içerisinde gerçekleştirilmiş olup numunelerinin korozyon hızları sırasıyla 96.25 mpy, 89.13 mpy, 87.64 mpy ve 72.41 mpy olarak tespit edilmiştir. Yapılan çalışmalar sonucunda TiC miktarının artmasıyla nispi yoğunluklarda azalma gözlenirken sertlik değerlerinin arttığı ve korozyon özelliklerinin iyileştiği belirlenmiştir.

Anahtar Kelimeler

WC-Co-TiC, Sermetler, Elektrik akımı destekli sinterleme, Elektrokimyasal korozyon

Kaynakça

• [1]S. Zhang, “Titanium carbonitride-based cermets: processes and properties,” Materials Science and Engineering A, vol. 163, pp.141-148, 1993.
• [2]A. Can, “AISI 5140 çeliğinin Sermet PVD ile TiAlN – CVD ile TiN kaplanmış kesici uçlarla tornalanmasında kesme değişkenleri, kaplama cinsi ve takım aşınmasının yüzey pürüzlülüğüne etkisinin deneysel incelenmesi,” Yüksek Lisans tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, Türkiye, 2003.
• [3]A. Özer, Y.K. Tür, “Tetragonal Zirkonya Katkılı Cr3C2-NiCr Sermet Kompozitlerin karakterizasyonu ve mekanik özellikleri,” Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, c. 14, ss. 375-380, 2013.
• [4]R. Orru. R. Licheri. A.M. Locci, A. Cincotti, G. Cao, “Consolidation/Synthesis of materials by electric current activated/assisted sintering,” Materials Science and Engineering, vol. 63, pp. 127-287, 2009.
• [5]S. Grasso, Y. Sakka, G. Maızza, “Electric current activated/assisted sintering (ecas): a review of patents 1906-2008,” Sci. Technol. Adv. Mater., vol. 10, pp. 1-24, 2009.
• [6]R. E. Özüdoğru, WC-Co “Semente karbürlerin üretimi ve karakterizasyonu,” Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, Türkiye, 2008.
• [7]A. V. Laptev, Ponomarev, S. S. and L. F. Ochkas, “Structural features and properties of alloy 84% wc – 16% co, obtained by hot pressing in the solid and liquid phases ı: effect of the temperature at which the specimens are prepared on their density and structure,” Powder Metallurgy and Metal Ceramics, vol. 39, pp. 607-617, 2000.
• [8]S. K. Bhaumik, Upadhyaya, G. S. and M. L. Vaidya, “Properties and microstructure of WC-TiC-Co and WC-TiC-Mo2C-Co(Ni) Cemented Carbides,” Materials Science and Technology, vol. 7, pp. 723-728, 1991.
• [9]L. Jeong-Han, O. Ik-Hyun, J. Jun-Ho, H. Sung-Kil, P. Hyun-Kuk, “Mechanical properties and microstructural evolution of WC-binderless and WC-Co hard materials by the heat treatment process,” Journal of Alloys and Compounds, vol. 786, pp.1-10, 2019.
• [10]L. Jianfeng, C. Jigui, C. Pengqi, C. Wenchao, W. Chenlong, “Fabrication of WC-Co cemented carbides with gradient distribution of WC grain size and Co composition by lamination pressing and microwave sintering,” Ceramics International, vol. 44, pp. 11225-11232, 2018.
• [11]L. Yajiang, Z. Zengda, H. Xiao, W. Juan, “Microstructure and XRD analysis in the brazing zone of a new WC–TiC–Co hard alloy,” Materials Research Bulletin, vol. 37, pp. 941-948, 2002.
• [12]L. Sun, C. Lın, C. Jıa, X. Jıa, M. Xıan, “Change in relative density of WCCo cemented carbides in spark plasma sintering process,” Rare Metals, vol. 27, pp. 74-77, 2008.
• [13]C. Jian, H. Miaojun, Z. Zak, K. Mark, L. Wei, D. Xin, Z. Zhe, C. Shaohua, W. Shanghua, L. Jianye, Q. Wenjun, W. Zhongping, “Microstructure analysis of high density WC-Co composite prepared by one step selective laser melting,” International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, vol. 84, pp. 104980- 104986, 2019.
• [14]D. Peştreli, “Mekanik Alaşımlama Yönteminin WC-Co Sert Metal Sisteminin Sinterleme Davranışı Üzerine Etkisi,” Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, Türkiye, 2019.
• [15]H. L. Kyong, I. C.Seung, K. K. Byung, H. H. Soon, “Effect of WC/TiC grain size ratio on microstructure and mechanical properties of WC–TiC–Co cemented carbides,” International Journal of Refractory Metals & Hard Materials, vol. 24, pp. 109–114, 2006.
• [16]H. Myalska, J.K. Michalska, G. Moskal, K, Szymański. “Effect of nano-sized TiC powder on microstructure and the corrosion resistance of WC-Co thermal spray coatings,” Surface & Coatings Technology, vol. 318, pp.270–278, 2017.
• [17]L. Nan, H. Yuehui, W. Chonghu, L. Shaofeng, X. Xiaohua, J. Yao, “Influence of TiC additions on the corrosion behaviour of WC–Co hardmetals in alkaline solution,” Int. Journal of Refractory Metals and Hard Materials, vol. 46, pp. 52–57, 2014.