علوم و مهندسی سطح
سال:1391 | دوره:- | شماره:16 |تعداد مقالات:10

اکسیداسیون آندی به منظور بدست آوردن یک ساختار متخلخل در سطح انجام می شود و از آن جا که یکی از روش های افزایش چسبندگی پوشش به زیرلایه، متخلخل کردن سطح است، در این مقاله ابتدا توسط فرآیند آندایزینگ بر روی زیرلایه تیتانیمی، نانوتیوب های اکسید تیتانیم ایجاد گردیده و سپس به بررسی رفتار خوردگی و استحکام چسبندگی پوشش الکتروفورتیک هیدروکسی آپاتیت بر روی نانوتیوب های اکسید تیتانیم در محلول شبیه سازی شده بدن پرداخته شده است. به همین منظور ابتدا نانوتیوب های اکسید تیتانیم توسط فرآیند آندایزینگ بر روی سطح تیتانیم خالص ایجاد و سپس پوشش نانوذرات هیدروکسی آپاتیت بر روی این نانوتیوب ها توسط روش الکتروفورتیک در ولتاژ 30V و مدت زمان 10 دقیقه ایجاد و در دمای 400°C به مدت 2 ساعت زینتر شدند. به منظور بررسی نقش زیرلایه در رفتار خوردگی، فرآیند پوشش دهی روی زیرلایه تیتانیم خالص نیز انجام گردید. نتایج حاصل از بررسی های صورت گرفته نشان داد که ایجاد نانوتیوب تیتانیم بر روی سطح و همچنین انجام فرآیند زینتر بر روی پوشش هیدروکسی آپاتیت منجر به مقاومت به خوردگی بیشتر و افزایش استحکام چسبندگی پوشش به زیرلایه می شود.

آندایزینگ یک روش الکتروشیمیایی مفید برای بهبود مقاومت خوردگی آلومینیوم و آلیاژهای آن است. در آندایزینگ، همانند سایر فرآیندهای الکتروشیمیایی، مورفولوژی و در نتیجه سایر خصوصیات لایه اکسیدی تحت تاثیر نوع جریان (جریان مستقیم و پالسی) اعمالی است. در این تحقیق، فرآیند آندایزینگ روی آلیاژ آلومینیوم 1070 در الکترولیت اسید سولفوریک (%10) در دمای 10°C انجام گردید. با اعمال جریان پالسی و انتخاب فرکانس و سیکل کاری های متفاوت، به عنوان متغیرهای جریان پالسی، تاثیر این متغیرها بر مورفولوژی و مقاومت خوردگی به ترتیب با میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و آزمون پتانسیو دینامیک در محلول 0.5 M کلرید سدیم مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد در حالی که آندایزینگ با جریان پالسی موجب بهبود مورفولوژی سطح می شود، اما مقاومت خوردگی این نمونه ها در مقایسه با نمونه ای آندایز شده با جریان مستقیم کاهش می یابد. نتایج نشان داد که از میان نمونه های پالسی، بهترین مقاومت به خوردگی در فرکانس 200 هرتز و چرخه کاری 70 درصد حاصل می شود.

در این تحقیق دو گروه نمونه از جنس فولاد ابزار گرم کار AISI H11 و فولاد قالب تزریق پلاستیک AISI P20 در دو دمای 500 و 550 درجه سانتی گراد، به مدت زمان 5 و 10 ساعت و ترکیب گاز %25H2 - %75N2 با استفاده از دستگاه نیتروژن دهی پلاسمایی پالسی جریان مستقیم نیتروژن دهی شدند. ضخامت منطقه نفوذی و لایه ترکیبی، توسط میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی و فازهای تشکیل شده در سطح به وسیله آنالیز تفرق اشعه ایکس (XRD) بررسی شد. همچنین تغییرات ریزسختی از سطح به عمق نمونه ها اندازه گرفته شد. نتایج نشان می دهد که به دلیل نوع ریزساختار زیرلایه و مسیرهای نفوذی مناسب تر عنصر نیتروژن در فولاد AISI H11 نسبت به AISI P20، همواره ضخامت لایه نفوذی و ترکیبی تشکیل شده در فولاد AISI H11 بیش تر از فولاد AISI P20 است. نتایج آنالیز EDS ازلایه نیتریدی نشان داد که حین نیتروژن دهی پلاسمایی فولاد AISI P20 نفوذ کربن به سمت سطح روی داده است ولی در نتایج EDS از لایه نیتریدی فولاد AISI H11 این پدیده مشاهده نشد. مطابق با نتایج نیم رخ سختی پس از نیتروژن دهی پلاسمایی، در یک عمق یکسان، فولاد AISI H11 میزان سختی بالاتری نسبت به فولاد AISI P20 نشان داده است. بررسی های پراش اشعه ایکس (XRD) حاکی از آن است که لایه نیتریدی در فولاد AISI H11 از دو فاز نیتریدی گاما پرایم (g’) و اپسیلن (e) تشکیل شده است اما در فولاد AISI P20 فاز نیترید اپسیلن به عنوان فاز نیتریدی غالب در همه شرایط زمانی و دمائی انجام فرآیند تشکیل شده است.

پوشش های سد حرارتی (TBCs) در موتورهای توربینی گازی، به طور گسترده ای به منظور فراهم کردن عایق سازی حرارتی برای مقاطع داغ و نیز افزایش راندمان توربین مورد استفاده قرار می گیرند. هدف از این پژوهش، تولید و مشخصه یابی یک پوشش سد حرارتی دولایه شامل پوشش رویی زیرکنیای پایدارشده با سریا و ایتریا (CYSZ) و آستری فلزی NiCoCrAlY روی زیرلایه سوپرآلیاژی است. برای این منظور، زیرلایه هایی از جنس اینکونل 738، ابتدا با آستری NiCoCrAlY و سپس با پودر CYSZ به کمک فرآیند پاشش پلاسمایی اتمسفری (APS) پوشش داده شد. آزمون استحکام چسبندگی مطابق با استاندارد ASTM C633-01 انجام شد. برای ارزیابی میزان عایق سازی حرارتی پوشش سد حرارتی، آزمون ظرفیت عایق سازی حرارتی، طراحی و انجام شد. به منظور مشخصه یابی پوشش، بررسی ریزساختاری توسط میکروسکپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (FESEM) و آنالیز فازی توسط پراش سنج پرتو ایکس (XRD) انجام گرفت. نتایج نشان داد که به کمک فرآیند پاشش پلاسمایی اتمسفری می توان یک پوشش سد حرارتی با قابلیت عایق سازی حرارتی بالا تولید کرد.

تنش پسماند که در اثر انرژی جنبشی ذره در حین برخورد و همچنین اختلاف خصوصیات ترموفیزیکی پوشش و زیرلایه ایجاد می شود، خواص مکانیکی پوشش نظیر استحکام چسبندگی و رفتار خستگی را بشدت تحت تاثیر قرار می دهد. اندازه گیری تنش پسماند در امتداد ضخامت پوشش های سخت نظیر کاربید تنگستن- کبالت به علت ویژگی های منحصر به فرد آن همواره با محدودیت هایی روبرو بوده است. در این تحقیق، روش جدید و کارآمدی در اندازه گیری تنش پسماند پوشش کاربید تنگستن- کبالت حاصل از پاشش حرارتی با سرعت بالا و سوخت اکسیژن بر روی زیرلایه فولادی مورد بررسی قرار گرفته است. از روش ایجاد سوراخ با تخلیه الکتریکی بدین منظور استفاده شده و نتایج آن با نتیجه آزمون انحنا مقایسه گردید. آزمایشات میکروسختی سنجی، میکروسکوپی الکترونی روبشی جهت بررسی مورفولوژی پودر و پوشش و تعیین سختی پوشش و همچنین بررسی الگوی پراش پرتو X پودر و پوشش مورد استفاده قرار گرفت. نتایج بدست آمده نشان می دهد که تنش در امتداد ضخامت پوشش یکنواخت نبوده و در نزدیکی فصل مشترک تنش فشاری بیشترین مقدار را دارد. تنش موثر فون میزز میانگین معادل -126 MPa با استفاده از روش ایجاد سوراخ بدست آمد که نزدیک به نتایج روش انحناء (-164 MPa) در این مطالعه است. در هر دو روش تنش بصورت فشاری به دست آمد.

زیرکونات تیتانات سرب (PZT) یک محلول جامد فروالکتریک و پیزوالکتریک کاملا شناخته شده با قطبش دایمی، گذردهی دی الکتریک و ضریب پیزوالکتریک بالا است. در پژوهش حاضر قالب نانومتخلخل جدیدی، برای اولین بار، برای رشد نانولوله های PZT معرفی گردیده است. برای تهیه قالب، ابتدا غشاهای آلومینایی از طریق آندایزینگ دو مرحله ای فویلهای آلومینیومی درون یک سلول سرد، در دمای 1°C و با استفاده از الکترولیت اسید فسفریک تهیه شدند. سل پایدار با ترکیب PZT نیز از تصحیح شیمیایی پیش مواد ارگانومتالیک زیرکونیم و تیتانیم به کمک اسید استیک تهیه گردید. سل تهیه شده سپس با اعمال یک ولتاژ DC به درون حفرات قالبهای آلومینایی رانده شد. قالبهای انباشت شده سپس در دمای 100°C خشک و در دمای 700°C پخت شدند. بررسیهای میکروسکوپ الکترونی روبشی و عبوری (TEM و SEM) نشان دادند که بدین طریق نانولوله هایی با ابعاد نسبتا یکنواخت را می توان بطور موثر درون غشاهای اکسید آلومینیوم رشد داد. بررسیهای آنالیز انرژی پخشان اشعه ایکس (EDX) نیز نشان داد که نانولوله های تولید شده دارای ترکیب PZT هستند. بررسیهای پراش اشعه ایکس (XRD) نیز تایید کرد که پس از پخت در دمای 700°C، می توان نانولوله هایی با ساختار فازی پروسکایت به دست آورد. آنالیزهای پراش الکترون در TEM نیز ماهیت چندبلوری نانولوله ها را نمایش داد.

در این تحقیق پوشش NiCr توسط روش پاشش حرارتی سرعت بالا (HVOF) و تحت شرایط متفاوت از نظر نرخ تغذیه پودر و نسبت سوخت به اکسیژن بر روی نمونه های فولادی ایجاد شد. رفتار خوردگی الکتروشیمیایی پوشش های ایجاد شده در محلول 3.5 درصد نمک طعام و از طریق آزمایشات پلاریزاسیون پتانسیواستاتیک مورد بررسی قرار گرفت. جهت تعیین ویژگی های ساختاری و فازی پوشش ها قبل و بعد از آزمون خوردگی از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM/EDX) استفاده شد. نتایج بدست آمده نشان داد که نرخ تغذیه پودر و نسبت سوخت به اکسیژن اثر قابل ملاحظه ای بر خواص پوشش های NiCr از جمله میزان تخلخل موجود در پوشش، فازهای اکسیدی موجود، پودرهای ذوب نشده و مقاومت به خوردگی این پوشش ها دارند. نمونه پوششی با نرخ تغذیه پودر 18 گرم بر دقیقه و نسبت سوخت به اکسیژن 1.25 بدلیل میزان تخلخل و مناطق اکسیدی کمتر، بهترین مقاومت به خوردگی را از خود نشان داد.

در این مقاله تاثیر پارامترهای ورودی فرآیند EDM (زمان روش پالس، سیکل وظیفه و قطبیت ابزار) بر روی فاکتورهای ارزیابی سلامتی سطح (زبری سطح، چگالی ترکهای سطحی و ضخامت لایه سفید) در ماشینکاری فولاد ابزار AISI H13 مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج این تحقیق نشان می دهد در قطبیت مثبت ضخامت لایه سفید و چگالی ترکهای سطحی در زمان های روشنی پالس کمتر، بیشتر از حالتی است که قطبیت ابزار منفی انتخاب شده است، در صورتی که در قطبیت منفی در زمان های روشنی پالس بیشتر، چگالی ترکهای سطحی و ضخامت لایه سفید در روی قطعه کار بیشتر است. همچنین بر اساس نتایج بدست آمده مشخص شد که در هر دو حالت قطبیت ابزار همزمان با افزایش سیکل وظیفه، چگالی ترک های سطحی و متوسط ضخامت لایه سفید کاهش یافته و با افزایش زمان روشنی پالس مقدار زبری سطح افزایش می یابد.

جذب سطحی پلیمرها به وسیله نانو ذرات، پایداری سوسپانسیون را در برابر کلوخه شدن بهبود می بخشد. در این مقاله، برای جلوگیری از کلوخه شدن، از نانو ذرات اکسید روی (ZnO) به عنوان اکسید فلزی انتخابی و از پلی اتیلن گلیکول (PEG) به عنوان پلیمر جذب شونده انتخابی استفاده شده است. انجام عمل جذب، توسط طیف سنجی فرو سرخ (IR)، اندازه و ساختار کریستالی نانو ذرات توسط آنالیز پراش اشعه ایکس (XRD)، میزان جرم پلیمر پوششی توسط آنالیز گرما وزن سنجی (TGA) و بالاخره میزان کلوخه ای شدن و انباشتگی نانو ذرات توسط تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، مورد بررسی قرار گرفته است. کاهش جرم مولکولی پلی اتیلن گلیکول سبب افزایش جرم پلیمر جذب شده بر روی نانو ذرات، کوچک شدن اندازه آن ها و کروی تر شدن ذرات شد. نتایج بدست آمده نشان می دهد پس از پوشش دهی، پراکنش نانو ذرات ZnO بیش تر شده و میزان کلوخه ای شدن ذرات کم تر شده است.