Mohammad Ibahim har vært knyttet til ph.d.-programmet ved Teknologi og realfag, spesialisering i ingeniørvitenskap, fagområde materialvitenskap.
- Prøveforelesning starter kl. 10.15
- Disputas starter kl. 12.15
Tema for prøveforelesningen: "Opportunities and Challenges of Laser Beam Shaping in Additive Manufacturing"
Les avhandlingen i Norsk vitenarkiv
Disputasleder: Kjell Gunnar Robbersmyr
Evalueringskomite:
- Første opponent: Dr. Matteo Vanazzi, F3nice AS, Italia
- Andre opponent: Forskningsleder Vegard Brøtan, SINTEF
- Leder for bedømmelseskomite: Førsteamanuensis Muhammad Faisal Aftab, UiA
Veiledere i doktorgradsarbeidet:
- Hovedveileder: Professor Ragnhild Elizabeth Aune, NTNU
- Biveileder: Professor Geir Grasmo, Universitetet i Agder
Sammendrag
Nikkel-silisium (Ni-Si) legeringer er kjent for sin fremragende korrosjonsbestandighet, høytemperaturstabilitet og oksidasjonsmotstand, noe som gjør dem attraktive for krevende bruksområder innen kjemisk prosessering, marinestrukturer, energi og romfart. Deres utbredte anvendelse har imidlertid vært begrenset på grunn av den iboende sprøheten som følger med høyt silisiuminnhold, noe som kompliserer konvensjonelle produksjonsprosesser. Dette prosjektet undersøker design, produksjon og additiv tilvirkning (AM) av nye Ni-Si baserte legeringer ved bruk av både Directed Energy Deposition (DED) og Laser Beam Powder Bed Fusion of Metals (PBF-LB/M), med mål om å overvinne disse begrensningene gjennom sammensetningsoptimalisering, avansert pulverprosessering og detaljert karakterisering.
Et bredt sammensetningsområde ble først utforsket gjennom konvensjonell støping, etterfulgt av gassatomisering av utvalgte legeringer med silisiuminnhold på 12, 16, 32 og 38 wt%. Blant disse fremsto NiSi12-wt% som det mest lovende kompromisset mellom korrosjonsytelse og prosesserbarhet. Den sprø naturen til legeringer med høyt silisiuminnhold, spesielt over 16 wt%, ble bekreftet ved dannelsen av intermetalliske faser som Ni₃Si og eutektoide strukturer, som er utsatt for sprekkdannelse.
CALPHAD-basert (CALculation of PHAse Diagrams) termodynamisk modellering ble benyttet for å lede designet av duktilitetsforbedrede varianter gjennom mikrolegert tilsetning av molybden (Mo), kobolt (Co), vanadium (V), titan (Ti) og bor (B). Disse modifiserte sammensetningene ble også gassatomisert for å produsere sfæriske pulver egnet for AM.
Utskriftstester med DED og PBF-LB/M bekreftet den overlegne prosesserbarheten til NiSiMo, NiSiCo og NiSiV legeringer. Tilsetningene av Mo og Co forbedret termisk stabilitet og reduserte sprekker, mens vanadiumholdig legering viste best samlet ytelse. En systematisk evaluering av utskriftskvalitet, mikrostruktur og byggeintegritet viste at PBF-LB/M konsekvent produserte finere mikrostrukturer og høyere mikrohardhet enn DED, noe som tilskrives høyere avkjølingshastigheter, pulverstørrelse og bedre energikontroll. Ni₃Si-fasen, sentral for mekanisk styrke, ble beholdt i begge prosesseringsruter, men morfologi og fordeling ble påvirket av legeringssammensetning og prosessparametere.
Omfattende mikrostrukturkarakterisering ble utført med scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS), electron backscatter diffraction (EBSD) og X-ray diffraction (XRD) for å analysere fasedannelse, korngrensekarakter og effekten av legeringstilsetningene. Inkorporeringen av Mo, Co, V, Ti og B påvirket størkning, fasestabilitet og elementsegregering, og flere sammensetninger viste forbedret utskrivbarhet og mekanisk robusthet. Blant disse viste NiSi12-wt% avsatt via DED på et S355 konstruksjonsstålsubstrat god mikrostrukturell ensartethet og interfasial binding, som observert i tverrsnittsanalyser med SEM.
Korrosjonsmotstanden til de utskrevne prøvene ble evaluert gjennom ASTM G48 testing i jernklorid (FeCl₃) ved både romtemperatur og 50 °C. NiSi12-wt% viste svært lav massetap og kun mindre overflateetseting ved begge temperaturer. Ingen dype groper eller synlig delaminering ble observert i SEM skala, noe som bekreftet at overflaten forble strukturelt intakt under eksponeringen.
Temperaturen hadde en markant effekt på det ubeskyttede S355-stålsubstratet. Mens substratet allerede viste tegn til gropdannelse og massetap ved romtemperatur, ble korrosjonen betydelig akselerert ved 50 °C, med omfattende overflateskader og alvorlig materialtap som resultat. Den økte temperaturen forsterket sannsynligvis oksidasjons løsningsreaksjonene drevet av Fe³⁺-ioner, og kan ha hemmet dannelsen av beskyttende jernoksidlag. I kontrast beholdt NiSi12-wt% sin korrosjonsbestandighet under begge betingelser. Denne oppførselen kan knyttes til dannelsen av en stabil, tett SiO₂ rik passiv film, som også støttes av litteratur på Ni-Si systemer. En slik passiveringsadferd ble ikke observert på stålsubstratet, som led kontinuerlig oksidnedbrytning under begge testforhold.
Mekanisk testing viste at de utskrevne Ni-Si baserte legeringene har høy hardhet (450-600 HV), hvor NiSiV legeringen utmerket seg som det mest balanserte alternativet med hensyn til utskrivbarhet, mekanisk integritet og korrosjonsmotstand. Metallografiske tverrsnittsanalyser av PBF-LB/M prøvene viste ingen signifikant porøsitet i de observerte områdene, noe som indikerer en tett og defekt-minimert mikrostruktur.
Dette arbeidet viser at en helhetlig tilnærming som kombinerer legeringsdesign, pulverproduksjon, optimalisering av AM prosessering og høyoppløselig karakterisering kan løse de langvarige utfordringene med sprøhet og dårlig utskrivbarhet i Ni-Si legeringer. Studien bidrar med viktig vitenskapelig kunnskap om sammenhengen mellom mikrostruktur, prosess og egenskaper, og etablerer et grunnlag for fremtidig integrering av nikkelsilicider i funksjonelle AM komponenter.
De utviklede legeringene fremstår som lovende kandidater for korrosjonsbestandige og termisk stabile anvendelser, særlig i situasjoner der konvensjonelle produksjonsmetoder er utilstrekkelige.
Slik følger du disputasen digitalt
Disputasen er åpen for alle. Meld deg på via denne Zoom-lenken.
Du logger deg på tidligst 10 minutter før oppgitt tid. Etter dette kan du når som helst forlate og komme inn igjen i disputasen.
Opponent ex auditorio:
Tidsfrist for å stille spørsmål er senest i løpet av pausen mellom opponentene. Spørsmål ex auditorio fra publikum kan sendes til Kristine Reinfjord.
Kontaktperson
- E-post
- kristine.reinfjord@uia.no
- Telefon
- +47 37 23 30 14