مقالات مهندسي سطح و عمليات حرارتي

نقره با مقاومت 1.58×10-8Wm رسانش الكتريكي بالايي دارد و مي توان با پوشش دهي نقره روي فايبرها، رشته هاي رسانايي ايجاد كرد كه با ثابت كردن آنها در پليمرها، كاربردهاي الكترونيكي دارد از طرفي نقره با داشتن خاصيت ضد باكتري از ديرباز به عنوان ميكروبكش استفاده مي شده است از آن جا كه فرايند ميكروب كشي در سطح روي مي دهد، با استفاده از مواد با سطح بيشتر مانند فايبرها به عنوان زيرلايه، مي توان خاصيت ضد باكتري نقره را افزايش داد با استفاده از روش شيميايي استاندارد تولنز، پوششي از نقره روي الياف سلولزي و شيشه اي قرار گرفت اساس كار روش تولنز بر مبناي احياي نيترات نقره مي باشد. در اين روش از محلول هاي نيترات نقره، پتاس و كاهنده استفاده مي شود. نقره پوشش داده شده روي الياف مرفولوژي يكنواختي دارد. مشخصه يابي لايه ها به كمك تصاوير SEM، آناليز تركيبي XRD،EDS انجام شده است.

در اين پژوهش آلياژسازي سطحي فولاد AISI 1045 با استفاده از فرآيند TIG و از طريق افزودن پودرهاي B4C و فرو كرم پركربن انجام شد قبل از انجام فرآيند ذوب سطحي، مخلوط پودري B4C و فروكرم پركربن با نسبت هاي معين توسط چسبي با نقطه ذوب كم روي سطح نشانده و سپس خشك شد لايه هاي سطحي آلياژ شده با به كارگيري مقادير حرارت ورودي مختلف در سرعت عبور از مقابل مشعل ثابت ايجاد و همچنين تاثير آنها بر هندسه حوضچه ذوب بررسي گرديد. مطالعه ريزساختار لايه هاي سطحي آلياژ شده با ميكروسكوپ هاي نوري و الكتروني روبشي مجهز به دستگاه تجزيه شيميايي از طريق سنجش شدت انرژي طيف پرتو X و پراش سنجي پرتو Xنشان داد كه ساختار لايه هاي منجمد شده شامل دندريت هاي آستنيت بوده كه در بينابين آنها مرفولوژي يوتكتيكي شامل آستنيت و كاربيدهاي از نوع M7C3 تشكيل شده است. همچنين ساختمان هاي بلوري بر مبنايCr2B ،FeB  و B4C (ذرات حل نشده ) نيز رديابي گرديد. آزمايش هاي سختي سنجي ميكروسكوپي نشان داد كه لايه هاي سطحي آلياژي داراي مقادير سختي مبنايCr2B ،FeB و B4C نسبت داده مي شود.

آلياژسازي سطحي تيتانيم خالص تجاري با به كارگيري فرآيند قوس تنگستن (TIG) روي لايه پيش نشست بر پايه پودر BN در محيط گاز آرگون صورت پذيرفت و لايه سطحي آلياژي با اختيار نمودن متغيرهاي مناسب فرآيند ايجاد گرديد مطالعات پراش سنجي پرتو X، ميكروسكوپي نوري و الكتروني روبشي و سنجش شدت انرژي طيف پرتو X نشان داد كه ساختمانهاي بلوري بر مبناي TiB،TiN و Ti3B4 در لايه سطحي آلياژي حضور دارند. مرفولوژي انجمادي حاكم بوده و شامل دندريت هاي TiN در زمينه تيتانيمي مي باشد. همچنين تركيب بر پايه  TiBبا مرفولوژي سوزني در داخل زمينه مشاهده مي شود لايه سطحي آلياژي سختي تا ميزان حدود1000HV  ارايه نمود همچنين ارزيابي مقاومت به سايش نمونه هاي آلياژ شده سطحي و زيرلايه تيتانيمي حاكي از ميزان سايش بسيار كمتر نمونه آلياژ سطحي شده دارد اين موارد به حضور ساختمان هاي بلوري ذكر شده در لايه آلياژي سطحي نسبت داده مي شود.

در مقاله حاضر به تاثير عمليات دوتايي الكترولس نيك ل و نيتراسيون گازي بر ساختار سطحي يك فولاد كم آلياژ پرداخته شده است براي اين منظور فولاد زيرلايه ابتدا با لايه اي از نيكل-فسفر به ضخامت 2 ميكرون پوشش دهي و سپس تحت شرايط عمليات نيتراسيون واقع شد مرفولوژي، ساختار و تركيب نواحي سطحي زيرلايه به كمك آزمون هاي GDS، EDS،SEM و XRD مورد تجزيه و تحليل قرار گرفت نتايج نشان داد كه انجام عمليات دوتايي مي تواند منجر به ايجاد يك سيستم پوششي مشتمل بر فازهاي Ni3P، FeNi و (Fe,Ni)xNy در سطح زيرلايه فولادي گردد.

پوششهاي مواد مركب نيكل-اكسيد تيتانيم از حمام واتس شامل مقادير مختلفي از ذرات اكسيد تيتانيم با اندازه ذرات مختلف بر سطح كاتد چرخان از نوع سيلندري آبكاري الكتريكي شد تاثير سرعت چرخش كاتد سيلندري و شدت جريان الكتريكي، مقدار اكسيد تيتانيم در حمام آبكاري و همچنين اندازه دانه هاي اكسيد تيتانيم بر مرفولوژي پوشش هاي آبكاري شده مورد بررسي قرار گرفت به نظر مي رسد كه شدت جريان و سرعت چرخش كاتد اثر زيادي بر وارد شدن TiO2 در زمينه نيكلي نداشت، اما مقدار پودرTiO2 در حمام و همچنين اندازه ذرات آ نها پارامترهاي مهمي در تشكيل ذرات در پوشش مواد مركب نيكل-اكسيد تيتانيم مي باشد. مطالعه مرفولوژي سطح اين پوشش هاي مواد مركب Ni-TiO2، تعدادي دانه هاي كروي نوع گل كلمي را نشان ميدهد كه فشرده و بدون ترك و يا حفره هستند.

علي رغم اينكه محلول هاي سيانوري در ايجاد پوشش هاي برنج به روش آبكاري الكتريكي به طور وسيعي استفاده مي گردد به دليل سمي بودن آنها و آلوده نمودن محيط زيست در سال هاي اخير سعي شده است كه اينگونه حمام ها توسط حمام هاي غير سيانوري جايگزين گردند. در اين تحقيق سعي شده از كمپلكس كننده هاي مانند تارتارات سديم پتاسيم به جاي كمپلكس كننده سيانور استفاده شود. در اين تحقيق آبكاري برنج از حمام هاي غير سيانوري در محلول تارتارات سديم پتاسيم تحت شرايط مختلف تركيب حمام، همچنين افزايش پيروفسفات سديم و تركيبات مختلف ديگر، تغيير در دانسيته جريان و دما مورد بررسي قرار گرفته است. در اين تحقيق جزئيات تاثير عوامل مختلف در پتانسيل كاتدي آلياژ برنج نشان داده شده است.

در اين تحقيق دو نوع مختلف از آينه هاي با بازتاب بالاي 1064 نانومتر مورد بررسي قرار گرفت اين آينه ها يكي با حضور پوشش محافظ بيروني و ديگري بدون آن و هر دو با انباشت به روش پرتو الكتروني و در شرايط يكسان لايه نشاني شدند آستانه آسيب ليزري نمونه ها توسط ليزر Nd:YAG در 1064 نانومتر اندازه گيري شد شكل آسيب ها با ميكروسكوپ مشاهده گرديد بازتاب نمونه ها توسط طيف سنج اندازه گيري شد نتايج نظري توزيع ميدان الكتريكي نمونه ها به وسيله نرم افزار لايه نازك مورد بررسي قرار گرفت. نتايج بررسي هاي به عمل آمده نشان داد كه لايه خارجي SiO2 آستانه آسيب نمونه ها را به طوركاملا مشخصي بهبود بخشيد شكل آسيب ها در حضور لايه محافظ به صورت يك حلقه و بدون آن كاملا گداخته و ذوب شده بود.

در اين مقاله خلاصه بخشي از نتايج كارهاي تجربي انجام يافته در راستاي مطالعه افزايش سختي روي دو نوع فولاد آلياژي كم كربن (%0.03 ») و پر كربن (3.5%) به دو روش غير متعارف گزارش شده است در روش اول ميدان الكتريكي نسبتا قوي در مرحله سرد كردن عمليات حرارتي كوئنچ روي نمونه هاي اعمال شده، نتايج ميكروسختي سنجي اين نمونه هاي كوئنچ شده بدون ميدان بود نكته قابل توجه اين كه ميزان ازدياد سختي دراثر ميدان خارجي متاثر از درصد كربن و ساير عناصر عمده در تركيب اين نمونه فولادها مي باشد. در سري ديگر آزمايش ها براي بررسي افزايش سختي روي هرنوع فولاد ياد شده، از تابش پرتو ذرات بتاي حاصل از شتابگر Rhodotron TT200 استفاده شده است، انرژي ذرات تابشي حدود10MeV  بوده و با توجه به شار تابشي و تنظيم زمان پرتودهي، دز تابشي براي هر نمونه مشخص شده سپس ميزان سختي نمونه ها قبل و بعد از تابش مقايسه مي گردد. در اين مورد هم نتايج ميكروسختي سنجي نشان دهنده افزايش قابل ملاحظه سختي براي نمونه هاي تابش ديده بود نكته قابل توجه اين كه سختي نمونه هاي پر كربن متناسب با دز تابشي افزايش مي يافت، ولي در نمونه هاي كم كربن اين روند معكوس مي نمود.

مواد شيشه اي نمونه بارز محصولاتي هستند كه به سبب ماهيت گسترده خود كاربرد وسيعي در صنعت پيدا كرده اند. امروزه از اين مواد جهت ساخت ابزار و قطعات مورد نياز در صنايعي چون اتومبيل سازي، هواپيماسازي، الكترونيك و ... استفاده مي شود كه به منظور توليد آنها فاكتورهاي متعددي چون استحكام در برابر رشد ترك و مقاومت به خراش سطحي بايستي مدنظر قرار گيرد.
فرايند معاوضه يوني در سطح از جمله روش هايي است كه به منظور افزايش سختي شيشه ها مورد استفاده قرار مي گيرد. در اين روش به واسطه معاوضه بين يون هاي قليايي شيشه با كاتيون هاي بزرگ تر موجود در نمك مذاب و ايجاد تنش فشاري در سطح، خواص شيشه ارتقا مي يابد.
از اين رو در پژوهش حاضر، به منظور افزايش مقاومت به خراش شيشه هاي سودالايم، قطعاتي از اين شيشه با ابعاد مشخص در داخل حمام نمك نيترات پتاسيم قرار گرفت تا از اين طريق فرايند معاوضه بين يون هاي سديم شيشه و پتاسيم موجود در نمك طي سيكل هاي مختلف دما و زمان انجام گيرد.
نتايج آزمايش سختي سنجي به روش ويكرز بر سطح اين شيشه ها نشان داد كه با افزايش زمان معاوضه يوني در دماي ثابت بدليل بالا رفتن ميزان تراكم پتاسيم در لايه هاي سطحي، سختي شيشه افزايش مي يابد.

حضور هيدروژن در لايه هاي سطحي مواد نقش به سزايي در برخي خواص فيزيكي آنها دارد هيدروژن ميتواند در فلزي همانند فولاد، ساختار آن را تضعيف كند اما در موارد بسيار بيشتري حضور هيدروژن در مواد، عاملي براي بهبود خواص و ساختار آنها است. با توجه به اهميت نقش هيدروژن در مواد، دستيابي به داده هاي تجربي مرتبط به منظور درك بهتر پديده ها و تصحيح شرايط فرآيند مواد از اهميت ويژه اي برخوردار است. اندازه گيري هيدروژن در مواد همواره از چالش هاي پژوهشگران بوده است.
در اين پژوهش هيدروژن به روش «آشكارسازي ذرات پس زده از برخورد كشسان»(ERD)  و با استفاده از باريكه آلفا و پروتون ايجاد شده توسط شتاب دهنده و اندوگراف 3 MeV بخش فيزيك هسته اي سازمان انرژي اتمي اندازه گيري شده است آناليز هيدروژن در نمونه اي از فلز تيتانيوم و نيز نيمه هادي تك بلور Si كه با شرايط خاصي آماده سازي شده اند، انجام شد. با اندازه گيري كميت هاي مربوط به نمايه عمقي توزيع هيدروژن در نمونه ها، توانايي روش آشكارسازي ذرات پس زده از برخورد كشسان براي آناليز هيدروژن در محدوده چند صد نانومتر از سطح نمونه نشان داده شده است.

تابش هاي منعكس شده از سطح صيقلي و سطح ناهموار فلز نقره به تداخل گر ساگناك تابيده شده اند. نقش تداخل حاصل از تابش هاي سطح هموار روشن و متقارن، و از سطح ناهموار ضعيف و نامتقارن بدست آمدند. طيف نقش تداخل با اجراي برنامه F.F.T توسط كامپيوتر محاسبه گرديده است، و با استفاده از نقوش تداخل و طيف آنها روش هاي اندازه گيري ابعاد همواري ها و ناهمواري ها گزارش شده اند.

در حال حاضر يكي از روش هاي بهبود سطح آلومينيوم، آندايز سخت است اما پوشش هاي اكسيدي توليد شده توسط اين روش سختي و مقاومت لازم در مقابل سايش را دارا نمي باشند اخيرا براي بهبود خواص سايشي آلومينيوم از روشي به نام اكسيداسيون پلاسما الكتروليز (PEO)، كه تحت نام (MDO) شناخته ميشود، استفاده مي شود. مزيت اين روش، ايجاد پلاسما در محيط الكتروليتي مي باشد در اين پژوهش، ايجاد لايه اكسيد آلومينيوم سخت روي آلياژ آلومينيوم 2024 به روش اكسيداسيون پلاسما الكتروليتي و بررسي چگونگي انجام پروسه، مورد مطالعه قرار گرفت براي اين منظور با استفاده از يك مولد DC، و اعمال ولتاژ به مراتب بيشتر از روش آندايز سخت كلاسيك، پوشش اكسيدي مورد نظر روي نمونه هاي آلومينيومي تهيه شده، ايجاد شد مطالعه ساختار لايه اكسيد ايجاد شده، با استفاده از پراش اشعه ايكس مدلD8 Advance Brucker ، مطالعه مرفولوژي لايه اكسيدي، با استفاده از ميكروسكوپ الكتروني روبشي مدل Cam Scan MV-2003 و مطالعه تركيب لايه با استفاده از EDX، انجام گرفت نتيجه مطالعات نشان مي دهد كه به روش اكسيداسيون پلاسما الكتروليز، مي توان يك لايه اكسيد آلومينيوم با سختي بالاتري نسبت به روش هاي كلاسيك روي آلومينيوم ايجاد كرد تركيب اصلي اين لايه از دو فاز a-Al₂O₃ و g-Al₂O₃ تشكيل يافته است.

بازپخت حرارتي نوار مغناطيسي FeCuNbSiB معروف به آلياژ فاينمت، در دماي 560 درجه سانتي گراد و به مدت 30 دقيقه موجب ايجاد بلورك هاي نانومتري در فلز مي شود. پس از اين فرآيند، نوار با ساختار جديد تحت عمليات ليزري قرار مي گيرد. فرآيند ليزري باعث تغيير حوزه هاي مغناطيسي در سطح مي شود و مي تواند به نرم شدن يا سخت شدن سطح ماده مغناطيسي منجر شود در اين مقاله با استفاده از ليزر پالسي Nd:YAG، با انرژي 20 ميلي ژول، پهناي پالس 8 نانوثانيه و با طول موج 1064 نانومتر، تغيير ناهمسان گردي ماده و خرد شدن حوزه هاي مغناطيسي در سطح نوار مغناطيسي فوق مطالعه مي شود.

در اين مقاله نتايج بررسي اثر يك ميدان الكتريكي خارجي بر طيف جذبي شيشه هاي تبادل يون شده (Ag+) در حين گرم شدن گزارش مي شود. مشاهده شده است، در صورتي كه شيشه هاي آلائيده به يون هاي نقره در دماي بالا (q>500^oC) قرار داده شوند و در عين حال يك ميدان الكتريكي خارجي قوي (~1kV/cm) موازي با سطح نمونه بر آنها اعمال شود، آن گاه در طيف جذبي اين نمونه ها براي دو حالت قطبش عمود بر همِ نورِ آزمون (نور طيف سنج) اختلاف ديده مي شود. آزمايش هاي ما نشان دادند كه طيف جذبي براي نور قطبيده خطي هنگامي كه موازي با جهت ميدان الكتريكي خارجي اعمال شده باشد، بيشتر از حالت عمود است اين اختلاف براي ناحيه نوار جذبي حوالي 410 نانومتر بيشينه است. اين طول موج مربوط به طول موج تحريك پلازمون هاي سطحي در خوشه هاي نقره خنثي نانومتري است از طرفي ميدانيم كه گرم كردن شيشه هاي آلائيده به يون نقره منجر به تشكيل نانوذرات خنثي نقره مي شود بدين ترتيب بروز دورنگي (اختلاف طيف هاي جذبي براي دو حالت قطبش عمود برهم) را بر اساس تشكيل نانوذرات خنثي نقره كه بيشتر در راستاي ميدان الكتريكي خارجي انباشته شده اند و زنجيره هاي رسانا روي سطح شيشه تشكيل داده اند، توضيح داده مي شود.

اكسيد تنگستن يكي از مهم ترين مواد براي تهيه لايه هاي نازك الكتروكروم (EC) به خصوص در ساخت صفحات نمايش الكتروكروم (ECD) ميباشد.در اين كار تحقيقاتي، لايه نازك اكسيد تنگستن روي شيشه هادي اكسيد اينديم - قلع (ITO) انباشت شد بدين منظور مشتق اسيدي پراكسو تانگستيك اسيد (APTA) به روش سل-ژل سنتز شده و به عنوان پيش ماده براي لايه نشاني با تكنيك پوشش دهي غوطه وري (Dip Coating) استفاده شد. از آنجا كه بسياري از خواص لايه هاي نازك مانند خاصيت الكتروكروميكي به ساختار ميكروسكوپي فيلم ها وابسته است، لذا جهت بهينه سازي لايه ها، مقادير جزيي اسيد اگزاليك دوآبه (OAD) كه يك تركيب آلي مي باشد، در محدوده (10-0) درصد به پيش ماده افزوده شد. در اين مطالعه خواص ساختاري و پارامتر هاي مربوط به مرفولوژي سطح لايه نازك، و پاسخ هاي الكتروكرو ميكي آن بررسي شده است رفتار حرارتي APTA و شفافيت لايه ها پس از عمليات حرارتي در دماهاي مختلف و غلظتهاي متفاوت از  OADبه ترتيب به وسيله دستگاه هاي STA و UV-Vis بررسي شد. محو ميكروترك ها در لايه هاي نازك، همراه با خواص الكتروكروميكي خوب از يافته هاي مهم در اين تحقيق مي باشند.