Show simple item record

dc.contributor.advisorEspallargas, Nuria
dc.contributor.authorCarlsen, Håkon Eig
dc.date.accessioned2021-09-24T18:23:37Z
dc.date.available2021-09-24T18:23:37Z
dc.date.issued2021
dc.identifierno.ntnu:inspera:74733585:16573355
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/11250/2781760
dc.descriptionFull text not available
dc.description.abstractTermisk sprøyting av silisiumkarbid(SiC) er en nyskapende oppfinnelse skapt av NTNU ved å belegge hver SiC partikkel med et beskyttende oksidlag laget av yttriumaluminiumgranat (YAG). Hvis man kan bruke samme prosessen med en metall matrise istedenfor YAG, så vil det åpne for mange nye muligheter for termisk sprøytede SiC baserte belegg, som for eksempel: korrosjonsbeskyttelse, erosjon og bøyelige eller elastiske deler og konstruksjoner. Keramiske belegg av SiC har gode egenskaper med høy hardhet og god slitestyrke med lav vekt sammenligned med mer tradisjonelle wolframkarbid(WC) belegg. Tidligere forskning på temaet har pekt ut Krom(Cr) som en god metall-matrise kanditat med lav mengde uønsket reaktivitet med SiC, slik som silisider og karbider \cite{Gniazdowska2019:Master}. En kombinasjon av kobolt og krom har blitt testet ut tidligere\cite{Gniazdowska2019:Master}, men på grunn av uønsket reaktivitet med SiC er fokuset videre kun på Cr for denne masteroppgaven.\\ Denne masteroppgaven undersøker prosessbetingelsene og parameterne for å fremstille ren Cr-metall phase kombinert med SiC for å lage et råstoff-pulver til bruk i termisk sprøyte prosesser. Effekten av SiC i fremstillingsprosessen var at batcher uten SiC ofte brukte dobbelt så lang tid å fordampe en batch med SiC (begge deler med lik mengde løsemiddel). SiC sine egenskaper som en katalysatorstøtte(høyt overflateareal, høy varmeledningsevne) kan forklare hvorfor reaksjons aktivitet og fordampinghastighet påvirkes av SiC under kjemisk fremstilling av metall. Det ble observert fra elementanalyse at SiC har høy risiko for å oksidere når det utsettes for luft opp mot 1000\degree C, når SiC og rent metallpulver av Cr ble brukt sammen oksiderte SiC i større grad enn Cr. To forskjellige salter av Cr: nitrat(Nit.) og acetat(Ace.) og to forskjellige kjemiske drivstoffer: urea og heksamin(HMT). Kombinasjonene Cr-nitrat med HMT og Cr-acetat med urea virker begge to å sammarbeide best sammen med hverandre ut i fra elementanalyser, men ytterligere XRD-målinger bør utføres for å skille hvilken av de to kjemikombinasjonene som egner seg best. Mikrobølgeovntørking (MWD) ble testet og sammenlignet med varmeplate-tørking (HPD), hvor hovedforskjellen var dannelse av kromoksid(\ce{Cr2O3}) i MWD prosessen. Effekten av fremstillings-atmosfæren viste at både oksygen og nitrogen var reaktive med prøvene, mens argon oppført seg inert. XRD resultater fra prøvene viste at det ble dannet kromoksider og karbider.\\ Som en oppsumering var det ingen indikasjoner fra fremstilling av produktene at fase-ren Cr-metall produseres i den nåværende syntesen. Noen ledd i fremstillingen er mer utsatt for å produsere uønskede faser, som at luftatmosfære vil produsere \ce{Cr2O3} som da er termodynamisk fordelaktig. Foreslåtte forbedringer av synteseprosessen kan være å bruke reduserende atmosfære, velge et mindre luftfølsomt metall og/eller velge en mer termodynamisk gunstig metallkjemi. Ytterligere XRD målinger av nevnte produkter bør også vurderes, siden testtid og resultater for denne masteroppgaven har uventet blitt forsinket og utsatt flere ganger på grunn av COVID-begrensninger.
dc.description.abstractThermal spraying of silicon carbide(SiC) is a novel invention from NTNU made possible by coating each SiC particle with a protective oxide layer of yttrium aluminum garnet(YAG). If the same process may be performed with a metal matrix instead of YAG, new thermally sprayed coatings could be created for a whole new range of applications. Ceramic coatings of SiC have many good properties such as high hardness and resistance to wear with low weight compared to more traditional Tungsten Carbide(WC) coatings. Introducing a metal matrix opens new market possibilities such as corrosion protection, erosion and bending. Previous research into the topic of metal reactivity with SiC revealed Cr as a candidate with low amount of unwanted secondary phases formed in connection with SiC, such as silicides and carbides\cite{Gniazdowska2019:Master}. A combination of Cobalt and Chromium had been used before, but Cobalt was later excluded because of unwanted reactivity with SiC\cite{Gniazdowska2019:Master}.\\ This master thesis investigates the process conditions and parameters to synthesize metal chromium coupled with SiC for creating a thermal spray feedstock powder. The effect of SiC on the synthesis process was that batches without SiC often use double the amount of time to evaporate when using the same amount of solvent with and without SiC. SiC properties as a catalyst support(high surface area, high thermal conductivity) could explain how the reaction is influenced by SiC during synthesis. It was observed from EDS data that SiC is at high risk to oxidize when exposed to air up to 1000\degree C, when using metal chromium powder and SiC together, SiC oxidized to a higher degree than Cr. Two different metal precursor and two different fuel chemistries were tested, chromium nitrate with hexamethylenetetramine and chromium acetate with urea both seem similar in elemental analysis, but additional XRD measurements should be done to quantify their products. Microwave drying(MWD) was tested and compared to Hot plate drying(HPD) where the main difference was produced the formation of chromium oxides in the MWD process. The effect of synthesis atmosphere shows that both oxygen and nitrogen are reactive with the samples, as the main difference between the samples in different atmosphere is respectively higher oxygen and nitrogen concentration. XRD results of the samples showed some chromium oxides and carbides.\\ As a summary there are no indications from resulting products that metal chromium is being produced in the current synthesis, and certain elements of the synthesis are more prone to produce unwanted species than others. Such as air atmosphere will produce Cr2O3 which is thermodynamically favored. Suggested improvements of the synthesis process could be to use reducing atmosphere, choosing a less air sensitive metal and choosing a more thermodynamically favorable metal chemistry. Additional XRD characterisations of products mentioned should also be considered, as testing time and results for this master thesis was unexpectedly delayed and postponed several times due to COVID restrictions.
dc.languageeng
dc.publisherNTNU
dc.titleSynthesis of Metal Coated SiC Particles for Thermal Spray Feedstock Powder
dc.typeMaster thesis


Files in this item

FilesSizeFormatView

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record