مقالات مهندسي سطح و عمليات حرارتي

در اين تحقيق خصوصيات سايشي پوشش سراميكي كاربيد نيوبيم در دماي محيط مورد بررسي قرار گرفت. عمليات پوشش دهي به روش جامد در دماي 1000 درجه سانتي گراد و به مدت 3 و 6 ساعت روي فولاد L2 انجام شد. وجود فاز كاربيد نيوبيم توسط آناليزور XRD و EDS مورد تاييد قرار گرفت.
به منظور تعيين مقاومت سايشي و ضريب اصطكاك از يك دستگاه سايش پين روي ديسك استفاده شد آزمايش سايش تحت نيروي 15، 22.5 و 30 نيوتن و با سرعت لغزش 0.5 متر بر ثانيه در اتمسفر محيط بر روي نمونه هاي بدون پوشش و با پوشش هايي به ضخامت 3 و 7 ميكرون صورت گرفت نتايج آزمايش ها نشان داد كه نرخ سايش نمونه هاي پوشش دار حداقل 10 برابر كمتر از نمونه هاي بدون پوشش است.
همچنين ميانگين ضريب اصطكاك نمونه هاي پوشش دار كمتر از نمونه هاي بدون پوشش است.

نيتروژندهي پلاسمايي به روش توري فعال يك پديده جديد در مهندسي سطح بوده كه به تازگي توسعه يافته و ضمن بر طرف نمودن مشكلات نيتروژن دهي پلاسمايي به روش متداول، پيشرفت هاي زيادي را نيز در اين زمينه ارايه نموده است در اين مطالعه، رفتار فولاد كم آلياژ 30cRnIm08 در مقابل عمليات نيتروژن دهي پلاسمايي به روش هاي متداول و توري فعال در شرايط مختلفي نظير دماي عمليات (550 و 580 درجه سانتي گراد) و پارامترهاي مربوط به طراحي توري (با قطر سوراخ هاي 6 و 8 ميلي متر و درپوشهاي ساده و توري )، در مخلوط گازي %75N2+%25H2 و %25N2+%25H2، زمان 5 ساعت و فشار 500 پاسكال مورد بررسي و مقايسه قرار گرفت ساختار و خواص مكانيكي اين فولاد پس از نيتروژن دهي پلاسمايي به روش هاي فوق از نظر ضخامت و تركيب شيميايي لايه تركيبي و همچنين سختي سطح تا عمق نمونه ها با استفاده از پراش اشعه ايكس (XRD)، ميكروسكوپ هاي نوري و الكتروني (SEM)، و آزمون ريزسختي سنجي مورد ارزيابي قرار گرفت.

در اين پژوهش تاثير قرارگيري پوشش سرمت بورايدي پاشش حرارتي HVOF ايجاد شده روي زيرلايه هاي فولادي به مدت طولاني د ر هوا و در دماي بالا مورد بررسي قرار گرفته است به اين منظور نمونه هاي پوشش در دماهاي 800، 900 و 1000^oC درجه سانتيگراد به مدت زمان 50 و 100 ساعت در يك كوره موفلي در معرض هوا قرار گرفت. جهت مطالعه يكپارچگي پوشش، مرفولوژي سطوح پوشش اكسيد شده و استحاله هاي فازي انجام شده د ر حين اكسيداسيون از ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) و آناليز پراش پرتو ايكس(XRD) استفاده شد.
يافته هاي آزمايشي نشنان داد كه پوشش سرمت بورايدي در دماي 800 از مقاومت اكسيداسيون خيلي خوبي برخوردار است و پوسته اكسيدي تشكيل شده در سطح خيلي نازك و كاملا چسبنده به سطح پوشش مي باشد و هيچ گونه تغييري در ريزساختار پوشش مشاهده نشد با افزايش دماي آزمايش اكسيداسيون ضخامت پوسته اكسيدي و همچنين تمايل به پوسته اي شدن لايه اكسيدي از سطح پوشش افزايش يافت، اما پوشش هيچ گونه تغيير ريزساختاري از خود نشان نداد آناليز پراش پرتوايكس (XRD) از سطح بالايي پوسته اكسيدي نشان داد كه اكسيدهاي تشكيل شده در سطح پوشش غالبا TiO₂ مي باشد. مرفولوژي سطح اكسيد شده پوشش در دماي 800^oC سطحي زبر و پوشيده از كريستال هاي ميله اي شكل به هم پيوسته را نشان داد كه افزايش دما منجر به تشديد رشد كريستال هاي اكسيد گرديد بررسي سينتيك اكسيداسيون پوشش در طي دماي 800^oC با استفاده از آناليز حرارتي TGA نشان داد كه نرخ اكسيداسيون سهمي است.

ريخته گري كوبشي فرآيندي است كه در آن مذاب پس از ريخته شدن به درون محفظه قالب تحت فشار خارجي منجمد مي گردد. در اين تحقيق سعي شد رفتار سايشي آلياژ LM13 (آلياژ متداول براي ريخته گري پيستون) حاصله از فرآيندهاي ريخته گري كوبشي و ريخته گري ثقلي بررسي و مقايسه گردد بدين منظور پس از تهيه نمونه ها وانجام عمليات حرارتي بهينه آنها، آزمايشهاي سايش در شرايط لغزشي خشك روي نمونه ها انجام گرديد.
نتايج ارزيابي سايش نشان داد كه در نمونه هاي كوبشي و ثقلي با افزايش مسافت لغزش ميزان كاهش وزن افزايش ولي سرعت سايش و ضريب اصطكاك كاهش مي يابد و ضريب اصطكاك پس از طي مسافت اوليه تقريبا ثابت مي شود. مقايسه رفتار سايشي نمونه هاي كوبشي و ثقلي نشان داد كه نمونه هاي كوبشي كاهش وزن و ضريب اصطكاك كمتري نسبت به نمونه هاي ثقلي دارند بررسي مكانيزم هاي سايش نشان داد كه مكانيزم هاي حاكم براي نمونه هاي كوبشي سايش خراشان، ورقه اي شدن و سايش چسبان مي باشد و براي نمونه هاي ثقلي مكانيزم هاي غالب، سايش خراشان، خستگي سطحي و سايش چسبان است.

استفاده از پوشش هاي آلي از جمله روش هاي مرسوم حفاطت و كنترل خوردگي مي باشد گروهي از اين پوشش ها به عنوان سدي (Barrier) در مقابل عوامل خورنده عمل كرده و مانع رسيدن آنها به سطح ميشوند. يكي از جديدترين پوشش هاي مورد استفاده بدين منظور،polyurea  مي باشد. اين رنگ در شرايط متنوع آب و هوايي و همچنين در شرايط مختلف كاري از جمله صنايع نفت و گاز، صنايع غذايي و ... جهت كاهش و كنترل خوردگي كاربرد دارد در اين تحقيق به بررسي خواص خوردگي اين پوشش پرداخته شده است. جهت بررسي اين رنگ آزمون هاي امپدانس الكتروشيميايي و پتانسيومتري در محلول 3.5% وزني نمك طعام نيز انجام شد نتايج نشان گر آن است كه اين رنگ از مقاومت به خوردگي مناسبي در محيط هاي خورنده حاوي كلر با ايجاد سد مناسب در برابر نفوذ يون هاي خورنده، برخوردار است.

نيتروژن دهي يكي از روش هاي مهندسي سطح، جهت بهبود خواص سطحي فولاد از جمله سختي، مقاومت سايش، خستگي و خوردگي است سختي بالاي لايه نيتريده شده، داكتيليته خوب لايه سخت شده، دماي پايين عمليات و در نتيجه ثبات ابعادي قطعات نيتريده شده و عدم وجود استحاله فازي در حين فرآيند از ديگر مزاياي اين روش هستند.
در اين تحقيق رفتار سايشي دماي بالاي فولاد31CrV3 نيتريده شده به روش گازي مورد بررسي قرار گرفته است عمليات نيتراسيون گازي، در دماي 520^oC به مدت 24 ساعت انجام گرفت آزمايش هاي سايش در دو دماي محيط و 300 درجه سانتيگراد، تحت نيروي 15N، سرعت1m/s  و مسافت 1000 متر براي نمونه هاي نيتريده شده و نمونه هاي خام انجام گرديد. نتايج حاصل بيان گر بهبود رفتار سايشي فولاد نيتريده شده در تمام شرايط آزمايش است در ضمن با بررسي هاي به عمل آمده مشخص شد كه رفتار سايشي فولاد مذكور در دماي بالا نسبت به دماي محيط بهبود قابل ملاحظه اي را نشان مي دهد.

پديده سايش يكي از معضلاتي است كه صنعت از ديرباز با آن مواجه بوده است يكي از معمول ترين انواع سايش، نوع خراشان مي باشد و مطالعات گسترده در ار تباط با سايش نشان مي دهد كه مقاومت سايشي فولادها وابسته به تركيب شيميايي و ريزساختار است علاوه بر نوع ساختار، خصوصيات مكانيكي نظير تافنس، انعطاف پذيري و كارسختي پذيري مهم ترين فاكتورهاي موثر در رفتار سايشي فولادها مي باشد. در پژوهش حاضر به بررسي رفتار سايشي دو گونه فولاد ميكروآلياژي مقاوم به سايش و مقايسه آن با فولاد ساده كربني پرداخته شد. فولادهاي تجارتي مقاوم به سايش هاردوكس 500 و T1A و فولاد ساده كربنيST37 انتخاب شد و سختي آنها اندازه گيري گرديد در ادامه ريزساختار نمونه ها توسط ميكروسكوپ نوري بررسي شد از آزمون سايش سه جسمي براي بررسي رفتار سايشي نمونه ها استفاده گرديد. مشاهده شد كه فولاد هاردوكس 500 با ريزساختار مارتنزيتي عليرغم سختي بالاتر، به علت ساختار ترد مقاومت سايشي كمتري نسبت به فولاد T1A با ساختار فريت-پرليتي نرم از خود نشان داد.

فولاد مقاوم در دماي بالاي HK40 داراي مقاومت عالي در برابر اكسيداسيون و خزش در دماي بالا مي باشد. نتايج بررسي هاي به عمل آمده نشان دهنده آن است كه اين فولاد در شرايط ريختگي داراي جوش پذيري مطلوبي بوده ولي چنانچه جوش كاري روي فولاد پير شده انجام گيرد احتمال ايجاد ترك هايي در منطقه مجاور جوش به سمت فلز پايه وجود دارد. لذا در اين پژوهش به بررسي ريز ساختار اين فولاد در شرايط ريختگي و پير شده پرداخته شده است ريزساختار فولاد HK40 در شرايط ريختگي داراي زمينه آستنيتي و شبكه اي از كاربيدهاي اوليه بوده در حالي كه ريزساختار اين فولاد در شرايط پير شده داراي زمينه آستنيتي و شبكه اي از كاربيدهاي اوليه همراه با كاربيدهاي ريز ثانويه مي باشد. تغيير مرفولوژي كاربيدهاي اوليه همراه با تشكيل كاربيدهاي ثانويه سبب افزايش سختي و كاهش انعطاف پذيري نمونه پير شده در مقايسه با نمونه ريختگي مي شود.

فرايند نيترو-كربوراسيون در محيط پلاسماي الكتروليتي روش نسبتا جديدي است كه در آن يك منبع ولتاژ قوي با جريان يكسو شده و الكتروليت مرتبط با عمليات استفاده مي شود خاصيت بارز اين روش، ايجاد تخليه دي الكتريك روي قطعه كار در ولتاژهاي بالا و نيز الكتروليز الكتروليت مربوطه است در فرآيند نيترو-كربوراسيون در محيط پلاسماي الكتروليتي، الكتروليت شامل تركيبات داراي نيتزوژن و كربن است. الكتروليت به كار رفته در اين تحقيق، محلول آبي اوره يا كرباميد است كه هدايت الكتريكي آن با اضافه كردن كربنات سديم افزايش يافته است تخليه الكتريكي در اطراف كاتد باعث ايجاد محيط گازي يونيزه اشباع و يا پلاسما اطراف قطعه كار مي شود. ذرات ايجاد شده در محيط پلاسما سطح نمونه را بمباران نموده و باعث ايجاد لايه هاي نفوذي در داخل قطعه كار مي شود. در اين تحقيق فرآيند نيترو-كربوراسيون در محيط پلاسماي الكتروليتي بر فولاد كربني CK35 و زنگ نزن AISI 304 انجام شد ريزساختار لايه هاي ايجاد شده توسط SEM, XRD و ميكروسكوپ نوري مورد مطالعه قرار گرفت در فولاد كربنيCK35 ، فازهاي e-Fe_2-3(N,C)_1-x و g-Fe₄(N,C)_1-x و در فولاد زنگ نزن 304 فازهاي g و (Fe,Cr)Nx ايجاد شد كه منشا بهبود خواص سايشي و مقاومت به خوردگي نمونه هاي پوشش داده شده است.

فرآيند بوردهي در محيط پلاسماي الكتروليتي يك روش جديد افزايش مقاومت سايشي فولاد است، كه در آن نمونه كاري مورد نظر به كاتد يك منبع ولتاژ قوي با جريان يكسو شده متصل شده و در داخل الكتروليت مربوطه قرار مي گيرد. خاصيت بارز اين روش، ايجاد جرقه روي قطعه كار در ولتاژهاي بالا است كه حين اين عمليات، الكتروليت يونيزه مي شود. در فرآيند بوردهي در محيط پلاسماي الكتروليتي، الكتروليت شامل تركيبات داراي بور است و تخليه الكتريكي در اطراف نمونه كاري، باعث ايجاد محيط گازي يونيزه اشباع و يا پلاسما در اطراف قطعه كار مي شود. راديكال هاي ايجاد شده در محيط پلاسما سطح نمونه را بمباران نموده و باعث ايجاد لايه هاي نفوذي در داخل قطعه كار مي شوند در اين تحقيق فرآيند بوردهي در محيط پلاسماي الكتروليتي روي نمونه هاي فولادي با تركيب AISI H13 انجام شد الكتروليت مورد استفاده نيز محلول آبي Na2B4O7 است كه هدايت الكتريكي آن با افزودن سود افزايش يافت. ريزساختار لايه هاي ايجاد شده توسط SEM و XRD و ميكروسكوپ نوري مورد مطالعه قرار گرفت. لايه ايجاد شده داراي تركيبات FeB و Fe2B است كه عامل اصلي افزايش سختي سطحي نمونه ها است.

لايه هاي نازك آلومينيم با زيرلايه هاي پليمري (فيلمهاي پل يمري متالايز شده) به خاطر دارا بودن خاصيت سدكنندگي بالا در برابر آب و اكسيژن و گازهاي ديگر در بسته بندي مواد غذايي، به خا طر قابليت پيچانده شدن براي ساخت خازن هايي با ظرفيت بالا در الكترونيك و همچنين كارهاي زينتي مورد استفاده قرار مي گيرند. در كشور ايران در مناطق مختلف اين لايه ها در اشل صنعتي توليد مي شوند ولي كار تحقيقاتي روي آنها انجام نشده است در اين تحقيق، زيرلايه هاي پليمري از نوع BOPP به وسيله دستگاه لايه نشاني تبخير حرارتي از نوع غلتك به غلتك و در اشل صنعتي در شرايط مختلف با لايه نازك آلومينيم پوشش داده شده و به نحوه كار سيستم لايه نشاني اشاره شده است. وجود حفره هاي ريز در لايه هاي نازك آلومينيم يكي از عوامل نفوذ گازها و آب به داخل بسته بندي مي باشد چگالي، اندازه و شكل اين حفره هاي ريز بوسيله ميكروسكوپ الكتروني عبوري و ميكروسكوپ نوري مورد بررسي قرار گرفته و به منشا وجودي آنها و عوامل موثر در بسته بندي اشاره شده است ساختار ريز اين لايه ها، شامل مرفولوژي سطح، اندازه دانه ها و جهت رشد ترجيحي با روش هاي TEM،  SEMو XRD مورد تحقيق قرار گرفته است.

در اين تحقيق، انواع پوشش هايه يدروكسي آپاتيت به كمك تكنيك پلاسما اسپري و تغيير دو پارامتر توان پلاسما و فاصله اسپري، توسط پودر هيدروكسي آپاتيت با بلورينگي و خلوص بالا روي زيرلايه آلياژ Ti-6Al-4V با زبري سطحي مطلوب لايه نشاني گرديد و دو خاصيت تخلخل و زبري سطحي پوشش به ترتيب به وسيله روش غوطه وري (ارشميدس) و پروفيلومتري سطحي اندازه گيري شد نتايج به دست آمده مويد آن بود كه امكان تهيه پوشش هايي با درصد تخلخل و زبري سطحي، به ترتيب در محدوده 5.0-10.7% و 8.7-12.5mm وجود دارد. با افزايش فاصله اسپري و/ يا توان پلاسما، درصد تخلخل پوشش كاهش مي يابد در صورتي كه زبري سطحي در فواصل اسپري و توان كم و متوسط با افزايش روبرو مي شود هر چند كه، در بالاترين توان پلاسما، با افزايش فاصله اسپري، زبري سطحي كاهش مي يابد. بررسي مرفولوژي سطح پوشش ها حاكي از آن بود كه تغيير دو خاصيت فوق به ميزان ذوب شدن ذرات، جدا شدن ذرات ذوب نشده يا به طور جزئي ذوب شده از يكديگر و چگونگي پخش شدن مجموعه قطرات برخوردكننده به زيرلايه (Splats) وابسته است از بررسي هاي انجام شده نتيجه گرفته شد كه پوشش مطلوب، از نقطه نظر درصد تخلخل و زبري سطحي (پوشش با زبري سطحي بالا به منظور افزايش سرعت اتصال سطح پوشش به بافت ميزبان در زمان هاي اوليه كاشت در بدن و درصد تخلخل پايين جهت دستيابي به استحكام اتصال بالاتر و انحلال كمتر در اثر مجاورت با مايعات بدن )، هنگامي حاصل مي گردد كه بهترين توافق ميان جدا شدن ذرات و پخش شدنSplats روي زيرلايه به طور كامل برقرار گردد به طوري كه در عين پخش شدگي مناسب، ذوب شدگي بيش از حد رخ ندهد.

در اين مقاله به كمك نظريه تابعي چگالي ساختار فصول مشترك مايع-جامد بررسي شده است براي محاسبه تابعي انرژي آزاد هلمهولتز از تقريب چگالي وزني استفاده شده و همچنين در ناحيه فصل مشترك چگالي را تابع دو پارامتر فيزيكي در نظر مي گيريم. براي نمونه با استفاده از اين نظريه انرژي آزاد بر ذره مربوط به فصل مشترك مايع و جامد FCC در صفحه (100) براي كره سخت هنگامي كه از چهار لايه پهن تشكيل شده است را برابر g=0.66 KT/s² به دست آورديم كه نتايج حاصل با شبيه سازي هاي انجام شده در توافق خوبي مي باشد.

پلاسماي كانوني دستگاهي با توانايي هاي گسترده در زمينه هاي پژوهشي و كاربردي است كه در آن ستون پلاسماي داغ (چند كيلو الكترون ولت) و چگال (1019-1020 cm-3) با استفاده از گازهاي متنوع خالص و تركيبي، ايجاد مي شود كه امكان بررسي فرآيندهاي گوناگوني مانند عمليات حرارتي، مهندسي سطح، ايجاد لايه نازك را فراهم مي كند. دستگاه PF-Dena با انرژي 90 كيلوژول داراي دو الكترود استوانه اي هم محور از جنس مس است كه توسط يك عايق چيني از يكديگر جدا مي شوند تخليه بانك خازني با ظرفيت 288 ميكرو فاراد منجر به تشكيل لايه پلاسما و در فاز نهايي ايجاد يك ستون پلاسما (پينچ) با طول عمر 100-50 نانوثانيه مي شود. در اين آزمايش ها نمونه هاي آلومينيومي با ضخامت 3 ميلي متر و قطر200 ميليمتر در مركز كاتد قرار گرفته و در معرض پرتوهاي يوني ناشي از پينچ با انرژي 0 تا 100 كيلو الكترون ولت قرار مي گيرند. گازهاي مورد استفاده آرگون و نيتروژن با فشار حدود 0.3-0.5 تور و ولتاژ اعمال شده 12 تا 16 كيلو ولت هستند پرتوهاي يوني موجب پيش گرمايش سطح و در نتيجه افزايش ضريب نفوذ ذرات فرودي در زيرلايه مي شود. به دليل دماي بسيار زياد ستون پلاسما و طول عمر بسيار كم آن، نمونه هاي آلومينيومي متحمل كوئينچ مي شوند كه در نتيجه در خواص آنها تغييرات كمي و كيفي از قبيل تغيير مرفولوژي سطح، محتواي شيميايي، تغييرات فازي، تغيير در ساختار كريستالي در جهت گراديان دما و نيز پارامتر شبكه كريستالي به علت وجود ناخالصي هاي بين نشين ايجاد مي شود. نتايج به دست آمده از آزمونهاي متالورژيكي مختلف مانند HV, ICP, XRD, SEM/EDX روي اين ديسك هاي آلومينيومي ارايه مي شود.

در برخي از مقالات مربوط به گيرنده هاي نوري سلنيومي، از سلنيوم هگزاگونال زنجيره اي، مانند ساختار گوگرد صحبت به ميان آمده است همچنين در بيشتر مقالات مربوط به صفحه هاي گيرنده نوري پايه سلنيومي از سل نيوم بي شكل (a-Se) صحبت مي شود. براي مشخص شدن اين موضوع ساختار بلورين و مرفولوژي لايه هاي نازك سلنيوم در ميكروسكوپ الكتروني عبوري (TEM) مورد مطالعه و بررسي قرار گرفت. با پراش الكترون زاويه كوچك مي توان ساختار ريزدانه هاي بلورين را در محدوده بسيار كوچكي (حدود 5nm) بررسي كرد، در صورتي كه اين كار به خاطر طول موج بزرگ تر اشعه ايكس مقدورنمي باشد سلنيوم داراي پنج ساختار بلورين شناخته شده است، كه محدوده دمايي آنها، بسيار به هم نزديك مي باشد. و لذا تغييرات جزيي دما باعث تبديل يك ساختار به ساختارهاي ديگر مي شود.
در اين تحقيق، ابتدا به روش تبخير فيزيكي در خلا (PVD) لايه هاي نازك سلنيوم كاملا بي شكل در فشار 10^-6mmHg و دماي زيرلايه در دماي محيط، لايه هايي به ضخامت 20-50nm به دست آمد سپس بعد از انتقال لايه روي نگهدارنده نمونه الكتروني، لايه هاي مذكور را ضمن مشاهده و پراش الكتروني، همزمان با تابش اشعه الكترون در درون ميكروسكوپ الكتروني عبوري (TEM) تحت تاثير عمليات حرارتي قرار گرفت. آزمايشها نشان داد كه لايه ها در محدوده كوچك به صورت تك بلورهاي هگزاگونال بودند از اين آزمايش ها مي توان نتيجه گرفت، كه تك بلورهاي ريز سلنيوم به طور نامنظم توزيع شده اند، كه به آنها ريزبلورهاي بي شكل گفته مي شود. سلنيوم در اين محدوده دمايي 125 درجه سانتي گراد داراي ساختار هگزاگونال زنجيره اي مي باشد.