مقالات مهندسي سطح و عمليات حرارتي

بررسي تغيير شكل جوشكاري و تنش هاي پسماند براي قابليت جوشكاري مواد، اتصال و پيوستگي سازه ها از اهميت ويِژه اي برخوردار است كنترل تغيير شكلهاي جوشكاري در حين جوشكاري از نظر راندمان بالاتر ساخت به مراتب از ر وشهاي تصحيحي بعد از جوشكاري يا ساير متدها مقبول تر و پذيرفتني تر است. يكي از مهم ترين پارامترهاي جوشكاري كه مي تواند تاثير قابل ملاحظه اي بر مقدار و پراكندگي تنش هاي پسماند و تغيير شكل هاي جوشكاري داشته باشد ترتيب هاي مختلف جوشكاري است در اين پژوهش دو روش لايه اي و آبشاري با بهره گيري از مدل سه بعدي ترمو -ويسكوپلاستيك جفت نشده، با كمك روش اجزا محدود مدل شده است بر اساس داده هاي به دست آمده مقدار تنش هاي پسماند و تغيير شكل ها در روش آبشاري در مقايسه با روش لايه اي از مقدار كمتري برخوردار هستند كه مي تواند دليل بر عمليات حرارتي بهتر روش آبشاري نسبت به لايه اي باشد.

آلياژهاي مغناطيسي Co68.15Fe4.35Si12.5B15 تحت فرآيند گرماي - ژول كه در آن جريان يكنواختي از ماده عبور مي كند در محيط هوا و در خلا بازپخت مي شوند. تغييرات ايجاد شده در سطح فلز از جمله كاهش اثرات تنشي و يا تشكيل نانوبلورها و بلورك هاي سطحي از طريق خواص ترابردي نمونه قابل پيش بيني است از اينرو امپدانس مغناطيسي نمونه ها در ميدان هاي مختلف اندازه گيري مي شود. نمودار امپدانس مغناطيسي نمونه ها نشان دهنده افزايش امپدانس در يك بازه از جريان اعمالي در نمونه هاي بازپخت شده نسبت به نمونه خام است از طرفي، بازپخت به دام انداختن حوزه هاي مغناطيسي در سطح ماده را در پي خواهد داشت كه در اين مقاله به آن پرداخته مي شود. در ضمن تفاوت امپدانس مغناطيسي نمونه هاي بازپخت شده در هوا و خلا بر نقش هوا در فرآيند بازپخت دلالت دارد مولكول هاي هوا از طريق ايجاد رسانش حرارتي و نيز اكسيداسيون سطح فلز در ترابرد ماده دخالت مي كنند رسانش حرارتي بيشتر هوا، موجب خنك تر شدن نمونه و در نتيجه بالا رفتن جريان لازم جهت رسيدن به تغييرات مذكور خواهد شد.

در طي اين تحقيق فرآيند نيتروكربوراسيون پلاسمايي الكتروليتي روي زمينه اي از فولاد گرم كار AISI H13 انجام گرفت الكتروليت مربوطه محلولي شامل يك ماده آلي كربن و نيتروژن دار و مقداري افزودني ديگر براي بالا بردن هدايت الكتريكي محلول است در طي اين فرآيند نمونه هاي مورد نظر در قطب منفي قرار گرفته و ولتاژ مستقيمي مابين 230-170 ولت به آنها ا عمال مي شود. زمان عمليات بين 1 تا 10 دقيقه است. براي بررسي مرفولوژي نمونه ها از ميكروسكوپ نوري و الكتروني روبشي و همچنين از دستگاه ميكروسختي سنج استفاده شد بررسي مقاومت به خوردگي اين نمونه ها توسط روش هاي پلاريزاسيون پتانسيوديناميك و تكنيك اسپكتروسكوپي امپدانس الكتروشيميايي صورت گرفت نتايج بدست آمده حاكي از وجود مخلوطي از فازهاي نيتريدي روي فولاد است كه عمدتا در اثر تغيير دما به وجود آمده اند از آنجايي كه تغييرات دما با تغييرات ولتاژ رابطه مستقيمي دارد، با تغيير ولتاژ شاهد به وجود آمدن فاز (gN) تنها و نيز مخلوطي از فازهايFe(Fe,Cr)2O4 و (Cr,Fe)Nx خواهيم بود مقاومت به خوردگي با اعمال اين روش نسبتا افزايش يافت همچنين مقاومت به خوردگي در اثر تشكيل يك لايه اكسيدي روي نمونه ها بيشتر افزايش مي يابد. آزمون سايش لغزنده نيز به منظور مقايسه نمونه هاي پوشش دار با نمونه هاي فاقد پوشش انجام گرفت.

يكي از روش هاي سخت كاري سطحي فولادها آلياژسازي سطحي توسط فرآيند TIG است اين روش يكي از روش هاي بهبود خواص سطحي، بدون تغيير خصوصيات زيرلايه است آلياژسازي از طريق افزودن عنصر آلياژي مدنظر قبل و يا در حين ذوب سطحي انجام مي شود. در اين پژوهش آلياژسازي سطحي فولاد AISI 1045 به وسيله قوس تنگستني و گاز محافظ آرگون (TIG) و به وسيله پودر فروكرم پركربن انجام شد و تاثير آن روي خواص مكانيكي سطح نيز مورد بررسي قرار گرفت سطوح آلياژسازي شده توسط ميكروسكوپ نوري و الكتروني روبشي (SEM) و (EDS) و پراش سنجي پرتو X مورد بررسي قرار گرفت و آناليز عنصري از قسمت هاي مختلف آن گرفته شد سپس نواحي آلياژسازي شده تحت ريزسختي سنجي قرار گرفت ذوب سطحي و آلياژسازي باعث ايجاد يك لايه سطحي حاوي كاربيدهاي سخت كرم (M7C3) و آستنيت پر كرم (g) شد كه موجب تاثير قابل ملاحظه اي در افزايش سختي سطح شد اين لايه مقاومت به سايش بسيار بالاتري نسبت به فولاد اوليه داشت همچنين با افزايش ميزان عناصر آلياژي در حوضچه مذاب، سختي سطحي افزايش بيشتري نشان داد.

در اين تحقيق آلياژي بين فلزي با تركيب Ti-47Al-2Cr در كوره ذوب مجدد قوسي تحت خلا (VAR) ذوب و ريخته گري شد اين آلياژ پس از انجام عمليات همگن سازي در زير دماي يوتكتوئيد و عمليات حرارتي بعدي در بالاي دماي Ta و تبريد سريع كه منجر به زمينه اي از فاز گاما توده اي شد، مورد عمليات حرارتي سيكلي با هدف ريزدانه نمودن ساختار قرار گرفت در طي عمليات حرارتي سيكلي تجزيه تدريجي فاز گاما منجر به تشكيل محصولاتي با ساختار ويدمانشتاتن گرديد. در اين مقاله روند تغييرات ساختاري در طول عمليات حرارتي و چگونگي تشكيل ساختار ويدمانشتاتن با توجه به خصوصيات بلوري فاز مادر مورد تجزيه و تحليل قرار گرفته است.

در توربين هاي گازي، دماي كاري قطعات بالاست و گاز داغ ورودي به توربين نيز حاوي عناصر خورنده مي باشد در نتيجه در سطوح قطعات تخريب شده انواع ترك ها و تركيبات خوردگي و اكسيدي ايجاد مي شود. همچنين ضخامت قطعه تحت تاثير تخريب هاي سطحي كاهش پيدا مي كند جهت تعمير خسارت هاي سطحي خصوصا ترك ها و جهت ضخامت دهي سطح از فرايند بريزينگ دماي بالا استفاده مي شود. اين فرايند تحت تاثير ماده پركننده، ماده زمينه، وضعيت سطح، اندازه گپ و سيكل بريز مي باشد و شاخص هايي شامل استحكام اتصال، داكتيليته، مقاومت خوردگي، استحكام خزشي، قابليت جريان بايد تامين شود. در اين تحقيق پارامترهاي موثر بر بريزينگ شامل پركننده هاي بريز، سيكل عمليات حرارتي، آماده سازي سطح،كاربري پركننده ها مورد بررسي قرار مي گيرد.

در اين پژوهش تاثير عناصر آلياژي كبالت، منگنز و تيتانيم و ضخامت پوشش بر خاصيت جذب امواج مايكرويو فريت باريم مورد بررسي قرار گرفت بدين منظور پودر فريت با سه تركيب BaFe₉Mn_1.5Ti_1.5O₁₉ و BaFe₉Ti_1.5Co_1.5O₁₉ و BaFe₉Mn_1.5Co_1.5O₁₉ با استفاده از روش حالت جامد تهيه و با نسبت وزني 70% با پليمر پلي وينيل كلرايد مخلوط گرديد پوشش تهيه شده به ضخامت هاي 6.4، 1.1 و 1.8 ميليمتر بر زيرلايه آلومينيومي آماده سازي شده پاشش شد جهت حصول يكنواختي ضخامت پوشش، نمونه ها با سرعت چرخش 3000rpm به مدت 3 دقيقه اسپين گرديد. تكنيك پراش پرتو ايكس و ميكروسكوپ الكتروني روبشي جهت ارزيابي ساختار فازي و مرفولوژي دانه ها استفاده شد. به كمك دو پورتي مدل (HP) ميزان تلفات انعكاس بر حسب فركانس اندازه گيري شد.
آناليز پراش پرتو ايكس نشان دهنده ايجاد ساختار فريت باريم نوع (M) در همه نمونه ها بود ذرات فريت داراي اندازه دانه 5 ميكرومتر بوده و شكل هگزاگونال آنها به خوبي قابل مشاهده است. نتايج حاصل از اين تحقيق نشان مي دهد كه پوشش فريت باريم با تركيب BaFe₉Mn_1.5Ti_1.5O₁₉ و به ضخامت 1.8 ميلي متر بيشترين ميزان جذب امواج الكترومغناطيس در فركانسهاي بلند Ku را دارا مي باشد.

امروز وسايل و ابزارآلات در مقياس هاي ميكرو و نانو در بسياري از سيستم هاي مهندسي كار برد روزافزوني پيدا كرده است لايه هاي نازك در بسياري از قطعات الكترونيكي و وسايل توليد ليزر كاربرد فراواني دارند عملكرد اين گونه وسايل تا حد زيادي تحت تاثي ر شرايط دمايي و نرخ انتقال انرژي در آنها قرار دارد انتقال انرژي هدايتي در مقياس هاي بزرگ توسط قانون فوريه بررسي مي شود. در حالي كه قانون فوريه در مقياس هاي كوچك زماني و مكاني اعتبار خود را از دست مي دهد در واقع هنگامي كه مقياس مكاني درحد مسير آزاد متوسط حامل هاي انرژي قرار مي گيرد و مقياس هاي زماني در حد زمان آسودگي باشند به دليل پراكنده شدن حامل هاي انرژي توسط مرزها و توسط خودشان قانون فوريه قادر نيست انتقال انرژي را به درستي پيش بيني نمايد هنگامي كه شار حرارتي از عرض لايه هاي نازك عبور مي كند به دليل پراكندگي مرزي حامل هاي انرژي، روي سطح مشترك دو لايه، مقاومت مرزي حرارتي كه ناشي از اختلاف دما روي سطح مشترك است، به وجود مي آيد. در اين تحقيق توزيع دماي گذرا در عرض يك لايه نازك الماس و يك زيرلايه سيليكون با استفاده از معادله انتقال بولتزمن به دست آمده است و سپس مقاومت مرزي حرارتي در دماهاي مختلف و ضخامت هاي متفاوت زيرلايه سيليكون بررسي شده است.

پوشش آلياژي Zn-Co به دليل سهولت اعمال و نيز خواص حفاظتي مناسبي كه از خود نشان مي دهد، به طور گسترده اي در صنايع مختلف مورد استفاده قرار گرفته است در اين تحقيق پوشش آلياژي Zn-Co در چگالي جريان هاي مختلف روي فولاد DIN 1.1211 در زمان آبكاري 10 دقيقه اعمال شده و با تعيين تركيب شيميايي پوشش با استفاده آناليزEDAX  حاصل از ميكروسكوپ SEM از طريق محاسباتي سرعت پوشش دهي بر حسب mg/cm2.min بدست آمده است اثر چگالي جريان آبكاري بر سرعت پوشش دهي مورد بررسي قرار گرفته است همچنين با تهيه تصاوير SEM از سطح پوشش هاي به دست آمده در چگالي جريان هاي2 A/dm2  و 3، اثر چگالي جريان آبكاري بر مرفولوژي رشد و ساختار پوشش Zn-Co مطالعه شده است بررسي ها نشان داد كه سرعت پوشش دهي در چگالي جريان هاي بالاتر بيشتر است همچنين با افزايش چگالي جريان ميزان جوانه زني بلورهاي پوشش افزايش يافته و بلورهاي پوشش به صورت موازي با سطح رشد مي كنند كه اين نوع رشد نسبت به رشد عمودي از انسجام بيشتري برخوردار است.

در اين مقاله به بررسي اثر پارامترهاي اصلي پوشش دهي در طي رسوب گذاري دو لايه Ti-TiN بر فولاد HSS پرداخته شده است.
اثر سه فاكتور اساسي فشار، دما و نرخ رسوب گذاري بر ميكروسختي پوشش هاي مذكور بررسي شده است. نتايج آزمايش هاي فشار حاكي از عدم چسبندگي مناسب پوشش در فشارهاي بالاي فرايند (10-1torr) بوده و در فشار پايين ((5*10-3torr ضمن بهبود چسبندگي پوشش اختلاف فاحش در ميكروسختي پوشش تا ميزان10RHC مشاهده شد.
با تغيير در زمان بمباران يوني در اتمسفر آرگون، بررسي اثر دما در دو مقد ار 350^oC و 450^oC صورت گرفت. نتايج اندازه گيري ها مقدار 3-5RHc ميكروسختي بيشتر را در دماي 450^oC نسبت به دماي 350^oC نشان داده است اين اختلاف احتمالا ناشي از نفوذ بيشتر اتم هاي پوشش در اتم هاي لايه در حال تشكيل، حاصل شده است.
نرخ رسوب گذاري در سيستم مورد بحث داراي رابطه اي مستقيم با نرخ جريان يوني منتقل شده توسط پلاسما از هدف تيتانيم به نمونه است آزمايشهاي نرخ رسوب گذاري در دو جريان يوني ثابت 100 آمپر و جريان افزايش يافته 100-30 آمپر انجام گرفت مشاهده شد كه در نرخ هاي بالاي رسوب گذاري، مقدار ميكروسختي به ميزان5RHC  كمتر از نرخ رسوب گذاري افزايش يافته 100-30 آمپر است اين گونه به نظر مي رسد كه اتم هاي رسوب كننده در نرخ هاي كم رسوب گذاري فرصت بيشتري جهت نفوذ و چيدمان منظم دارند و در نرخ رسوب گذاري بالا پديده پل زني مي تواند كيفيت پوشش در حال تشكيل را تحت تاثير قرار دهد. به همراه اين تحقيق شبيه سازي فرآيند مذكور به صورت انيميشن آورده شده است.

در اين پژوهش، نانوذرات سيليكا با استفاده از هيدروليز تترا اتوكسي سيلان در يك حامل آب و الكل و درحضور كاتاليست آمونيا سنتز شدند فرايند تشكيل نانوذرات سيليكا به شرايط محيطي نظير دما، نوع مواد اوليه به كار رفته و نيز نسبت مولي آنها وابستگي زيادي دارد به طوري كه با تغيير هريك از اين پارامترها ميتوان اندازه ذرات تشكيل شده و سطح مخصوص آنها را تغيير داد مطالعات ريزساختاري توسط ميكروسكوپهاي الكتروني روبشي و عبوري نشان داد كه نانوذرات سيليكا كه توسط SEM به صورت ذرات كروي منفرد مشاهده مي شوند در واقع به صورت توده هايي از واحدهاي ساختاري اوليه هستند كه با استفاده از TEM قابل تشخيص مي باشند. پس از سنتز نانوذرات سيليكا، اثر افزودن اين ذرات بر خواص مكانيكي يك پوشش پليمري مورد بررسي قرار گرفت نتايج به دست آمده نشان داد افزودن 5 درصد وزني نانوذرات سيليكا به بستر پليمري بهبود نسبي سختي كونيك و براقيت پوشش تهيه شده را به دنبال دارد، هر چند تاثير آن بر مقاومت به ضربه محسوس نمي باشد.

لايه هاي نازك نيمه هادي شفاف sno2 به روش هاي مختلف از جمله اسپري پايروليزز تبخير حرارتي، CVD، اسپاترينگ تهيه مي شود. در اين مقاله مشخصه هاي فيلم نازك تهيه شده sno2 به روش sol-gel به وسيله تفرق پرتو x، مورد ارزيابي قرار گرفت همچنين، ميزان اثر هال و مقدار جذب و عبور در ناحيه مرئي مورد بررسي قرار داده شد اندازه گيري اثر هال نشان داد كه نوع هدايت لايه بستگي زيادي به فرآيند گرمادهي(In/Sn£0.25)  دارد. در مورد درصد وزني In/Sn كوچك تر از 0.25 و عمليات گرمادهي بالاي 430^oC لايه نوع P است، در حاليكه در مورد فرآيند گرمادهي كوچك تر از 430^oC فيلم نوع n است.
مشخص شد، نقطه اپتيمم دمايي برايsno2  نوع p، حدود 520^oC است و در اين دما بيشترين تمركز حفره را وجود دارد. اندازه گيريها نشان داد كه فيلم با درصد وزني In/Sn£0.35 داراي هدايت نوع n است. در مورد درصد وزني حدود 0.3، تشخيص نوع n و p قدري دشوار و مشكل است و در حقيقت به عنوان يك نقطه بحراني براي گذار از نوع p به نوع n است.
آزمايش هاي XRD نيز نشان داد كه همه فيلم ها با تمركز In/Sn£0.4 داراي ساختار هگزاگونال است. براي درصد وزني In/Sn£0.25 و عمليات گرمادهي بالاي 430^oC لايه نوع p لازم است. در حالي كه با همين درصد ناخالصي در فرآيند گرمادهي كوچكتر از 430^oC لايه نوع n لازم است.

در اين مقاله تغيير مقاومت الكتريكي نيمه هادي سيليكن در اثر تنش هاي سطحي بررسي مي گردد اين تنش هاي سطحي ناشي از اعمال فشار به ديافراگم سيليكن مي باشند. فشار يا تنش مكانيكي باعث تغيير در حجم فيزيكي ماده مي شود. در اثر فشار، ثابت شبكه جسم بلوري تغيير مي نمايد. تغيير در ثابت شبكه باعث تغيير در گاف انرژي مي گردد. اين تغيير نيز باعث تغيير غلظت حامل هاي بار يعني الكترون هاي باند رسانش و حفره هاي باند ظرفيت مي شود. نهايتا تغيير در غلظت حامل هاي بار سبب تغيير رسانش الكتريكي جسم مي گردد. خواص الكترومكانيكي ذاتي تراشه سيليكن سبب مي شود تا در اثر تنش، تغيير مقاومت ويژه قابل توجه اي به وجود آيد اين تراشه به صورت لايه هاي نازك روي ديافراگم كاشت يون مي شوند در اين تحقيق تغيير مقاومت الكتريكي تراشه سيليكن در اثر تنش هاي طولي و عرضي، شناسايي محل ظهور حداكثر تنش سطحي، تنش سطحي در شكل هاي مختلف هندسي ديافراگم و محدوديت تنش سطحي در رابطه با محدوديت ساخت بررسي خواهد شد براي اندازه گيري تغيير مقاومت كل، يك سيستم پل مقاومتي با چيدماني چهار مقاومت متغير طراحي گرديده كه به عنوان سنسور عمل مي كند پيزورزيستيوها براي اندازه گيري فشار در حالت دايمي يا فشار استاتيك به خوبي اندازه گيري فشار در حالت هاي ديناميكي كار مي كنند. در نهايت مزاياي ترانسديوسرهاي پيزورزيستيو نسبت به ساير ترانسديوسرهاي الكترومكانيكي از نظر حساسيت، ابعاد، حجم، وزن، خروجي خطي، حذف اثرات پسماند و حذف خزش زماني بررسي گرديده است.

جوشكاري انفجاري به عنوان يكي از روش هاي موثر ايجاد اتصال بين دو فلز غير هم جنس نظير آلومينيوم و فولاد مطرح است از آن جا كه اتصالات آلومينيوم - فولاد در شرايط كاري در معرض در جه حرارت بالا بين 200 تا 500^oC قرار مي گيرند به بررسي اثر عمليات حرارتي بر استحكام فصل مشترك (استحكام جوش) پرداخته شده است. نتايج نشان مي دهد كه اثر عميات حرارتي بر استحكام اتصال آلومينيوم - فولاد بسته به نوع و ريز ساختار فصل مشترك (صاف، موجي و لايه پيوسته مذاب منجمد شده) حاصل از جوش انفجاري متفاوت است به طور كلي عمليات حرارتي باعث شكل گيري تركيبات بين فلزي ترد بين آلومينيوم و فولاد مانند FeAl₃ شده و منجر به كاهش استحكام جوش مي گردد. با كنترل عوامل اثرگذار بر كيفيت فصل مشترك نظير نوع ماده منفجره، نسبت بارگذاري ماده منفجره و فاصله توقف در جهت نيل به فصل مشترك صاف و عاري از تركيبات بين فلزي، مي توان به جوشي نايل گرديد كه حرارت تاثير كمتري بر آن داشته باشد و استحكام خود را تا دماي بالاتري حفظ كند.

بيوسراميك ها به دو دسته كلي سراميك هاي زيست خنثي و سراميك هاي زيست فعال تقسيم مي شوند. بيوسراميك هايي نظير آلومينا و تيتانيا زيست خنثي بوده و هيچ برهمكنشي با بافت ميزبان ندارند سازگاري زيستي اين نوع بيوسراميك ها در محيط هاي فيزيولوژيك در پژوهش ها به اثبات رسيده است از آن جايي كه براي داشتن هر دو خاصيت بارپذيري و مقاومت به خوردگي از ايمپلنت هاي فلزي با پوشش هاي بيوسراميكي استفاده مي شود، در پژوهش حاضر سعي شد تا رفتار خوردگي و سازگاري زيستي كاشتني هاي فلزي از جنس تيتانيوم خالص تجارتي با پوشش آلومينا -تيتانيا ارزيابي و با رفتار خوردگي زيرلايه بدون پوشش مقايسه شود تيتانيوم خالص تجارتي به عنوان زيرلايه انتخاب شد و پوشش آلومينا - تيتانيا با ضخامت هاي 50 و 100 ميكرون با روش پاشش شعله اي روي آن پوشش داده شد از آزمون ميكروسكوپ الكتروني روبشي براي مشخصه يابي و ارزيابي پوشش و زيرلايه استفاده شد رفتار خوردگي نمونه ها با اجراي آزمون هاي الكتروشيميايي پلاريزاسيون پتانسيوديناميكي در دو نوع محيط فيزيولوژي و در دماي 37 درجه سانتي گراد انجام شد. نتايج حاكي از تاثير مثبت افزايش ضخامت پوشش هاي اعمالي بر رفتار خوردگي زيرلايه و كاهش چگالي جريان خوردگي آن داشت.