Cold Spray Applications of High Entropy Alloys and Numerical Analysis
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- Tez No: 708742
- Danışmanlar: PROF. MARİO GUAGLİANO
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya, Kimya Mühendisliği, Chemistry, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Polıtecnıco Dı Mılano
- Enstitü: Yurtdışı Enstitü
- Ana Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Le leghe ad alta entropia (HEA) sono state scoperte di recente e le ricerche vengono notate sempre più dopo i loro risultati interessanti. Gli HEA sono costituiti da cinque o più ingredienti principali in rapporti equimolari o quasi equimolari. Pertanto, le prestazioni degli HEA possono essere regolate con vari elementi. A differenza delle leghe comuni, le leghe ad alta entropia hanno proprietà meccaniche particolarmente elevate come resistenza alla corrosione, resistenza all'usura, resistenza all'ossidazione, come risultato della loro struttura di fase unica. D'altra parte, anche Cold Spray (CS) può essere considerata una tecnologia di deposizione emergente. Fondamentalmente, il processo CS include l'accelerazione delle particelle di polvere ad alta velocità (300–1200 m / s) per consentire loro di aderire a un substrato dopo un impatto ad alta velocità. A differenza di altri metodi di spruzzatura termica, la spruzzatura a freddo trae vantaggio dall'energia cinetica per ottenere il legame desiderato, quindi previene la fusione indesiderata, l'ossidazione, la trasformazione di fase e le sollecitazioni residue indotte termicamente. Attualmente, ci sono studi limitati che hanno studiato l'applicazione a spruzzo freddo di leghe ad alta entropia. Questa tesi mirava a indagare l'applicazione a spruzzo freddo di leghe ad alta entropia utilizzando un approccio numerico. All'inizio, vengono esaminati le proprietà generali e lo stato dell'arte sia di HEA che di CS e gli studi esistenti relativi all'applicazione CS di HEA. Inoltre, vengono ricercati studi precedenti su approcci numerici a spruzzo freddo, quindi per simulare un impatto di una singola particella, viene introdotto un Modello Lagrangiano con fenomeni di adesione attraverso l'utilizzo del software ABAQUS. Prima di applicare il modello a HEA, il modello viene applicato anche al substrato di particelle di alluminio-alluminio, per verificare con gli studi pubblicati poiché ci sono solo pochi studi sull'applicazione CS su HEA. Nel modello, i materiali delle particelle e del substrato sono scelti come FeCrCoMnNi e lega di alluminio 6082 (AA-6082), rispettivamente considerando uno degli articoli pubblicati esistenti. Innanzitutto, viene applicato il modello lagrangiano a impatto singolo senza comportamento di adesione. Successivamente, nel secondo modello, il comportamento di adesione è stato aggiunto introducendo parametri di contatto coesivi in ABAQUS. Il modello mostra la deformazione sia delle particelle che del substrato e può prevedere la velocità critica della particella che è un valore di soglia che consente il legame delle particelle al substrato se il valore viene superato. Infine, sono state effettuate diverse analisi modificando i parametri di processo come la velocità iniziale delle particelle, le dimensioni delle particelle, la forma delle particelle, il materiale del substrato al fine di osservarne gli effetti.
Özet (Çeviri)
High entropy alloys (HEA) are discovered recently, and searches are getting noticed increasingly after their interesting results. HEAs consist of five or more principal ingredients in equimolar or near-equimolar ratios. Thus, the performance of HEAs can be adjusted with various elements. In contrast with common alloys, high entropy alloys have particularly elevated mechanical properties such as corrosion-resistance, wearresistance, oxidation-resistance, as a result of their unique phase structure. On the other hand, Cold Spray (CS) can be considered as an emerging deposition technology as well. Basically, the CS process includes accelerating powder particles at high speeds (300–1200 m/s) to allow them to adhere to a substrate after high-velocity impact. Unlike other thermal spray methods cold spray profits from the kinetic energy to achieve the desired bonding, hence, it prevents undesirable melting, oxidation, phase transformation, and thermally induced residual stresses. Currently, there are limited studies that investigated the cold spray application of high entropy alloys. This thesis aimed to investigate the cold spray application of high entropy alloys by using a numerical approach. As a beginning, general properties, and state of art of both HEAs and CS, and existing studies related to CS application of HEAs are examined. Moreover, previous studies on cold spray numerical approaches are researched, then to simulate a single particle impact, a Lagrangian Model with adhesion phenomena is introduced through using the ABAQUS software. Before applying the model to HEA, the model is also applied to the aluminum particlealuminum substrate, to check with published studies since there are only a few studies on CS application on HEAs. In the model, particle and substrate materials are chosen as FeCrCoMnNi HEA and Aluminum Alloy 6082 (AA-6082), respectively considering one of the existing published papers. First, the single-particle impact Lagrangian Model without adhesion behavior is applied. Later in the second model adhesion behavior added by introducing cohesive contact parameters in ABAQUS. The model shows the deformation of both particle and substrate, and it can predict the critical velocity of particle which is a threshold value that allows particle bonding to the substrate if the value is exceeded. Finally, several analyses have been made by changing process parameters such as particle initial velocity, particle size, particle shape, substrate material in order to observe their effects.
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