علوم و مهندسی سطح
سال:1396 | دوره:13 | شماره:33 |تعداد مقالات:10

در این پژوهش، تاثیر غلظت الکترولیت فسفات سدیم بر ریزساختار، الگوی پراش پرتوایکس و رفتار خوردگی آلیاژ Ti-6Al-4V پوشش داده شده به روش اکسیداسیون الکترولیتی پلاسمایی مورد بررسی قرارگرفته است. به منظور این بررسی، الکترولیت های قلیایی-فسفاتی با غلظت های متفاوت 8، 12 و 16 گرم بر لیتر مورد استفاده قرار گرفت. ریزساختار و ترکیب شیمیایی نمونه های پوشش داده شده توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی و الگوی پراش پرتو ایکس مورد آنالیز قرار گرفته است. خواص خوردگی پوشش ها در محیط شبیه ساز بدن (هنک) توسط آزمایش های پلاریزاسیون پتانسیودینامیک و طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی موردمطالعه قرارگرفته است. در فرآیند پوشش دهی، افزایش غلظت فسفات سدیم منجر به افزایش هدایت الکتریکی حمام ها، متوسط اندازه تخلخل ها و ضخامت پوشش ها شد. نتایج حاصل از الگوی پراش پرتو ایکس نشان داد که با افزایش غلظت فسفات سدیم، فاز شبه پایدار آناتاز به فاز پایدار روتیل تبدیل شد. درنتیجه با افزایش غلظت الکترولیت میزان فاز روتیل موجود در پوشش افزایش و میزان فاز آناتاز کاهش یافته است. بیش ترین پتانسیل خوردگی (391 میلی ولت) به همراه کمترین چگالی جریان خوردگی (6.18×10-8 آمپر بر سانتی مترمربع) در پوشش ایجادشده در الکترولیت حاوی 12 گرم بر لیتر فسفات سدیم منجر به بیش ترین مقاومت به خوردگی (8.8 مگا اهم) شد. مقاومت به خوردگی سایر نمونه ها 2 الی 6 مرتبه کمتر از نمونه حاوی 12 گرم بر لیتر فسفات سدیم است.

کاربید تنگستن یکی از قدیمی ترین محصولات متالورژی پودر است که به ماده سخت و مقاوم به سایش شناخته شده است. ترکیب این کاربید با فلزات نرمی مانند کبالت که به عنوان بایندر عمل کرده، باعث بهبود تافنس می شود به گونه ای که از شکست ترد جلوگیری می شود. در این تحقیق، پودرهای WC-12Co روی زیرلایه فولادی به روش سوخت اکسیژن با سرعت بالا (HVOF) رسوب داده شدند. این پوشش ها به دلیل ساختار لایه ای و تخلخل در محیط های سایشی عملکرد ضعیفی دارند. بنابراین، هدف از انجام این پژوهش، اعمال لایه روی پوشش های تنگستن کاربید- کبالت با روش سل ژل است. ساختار پوشش ها توسط آنالیز پراش پرتو ایکس (XRD) بررسی شده و ضخامت پوشش ها توسط نرم افزار آنالیز تصویری و با استفاده از تصاویر حاصل از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) تعیین شدند. جهت مطالعه مقاومت به سایش پوشش ها در دمای محیط آزمون پین روی دیسک بکار گرفته شد. پوشش آلومینا با ضخامت حدود 14 میکرومتر بر روی پوشش اولیه توسط روش سل ژل ایجاد شد. ضریب اصطکاک پوشش ها از 0.6 قبل از آب بندی به 0.3 پس از آ ب بندی کاهش یافت. نتایج نشان داد که مقاومت به سایش پوشش ها بعد از فرآیند آب بندی از نرخ سایش 5.5×10-3 به 3.4×10-3 کاهش یافته است که می تواند ناشی از مسدود شدن تخلخل ها و ایجاد لایه اکسیدی باشد.

روش های متعددی برای تخریب آلاینده های آلی مورد استفاده قرار گرفته اند که در این بین، فرآیند فتوکاتالیتیکی به دلیل برخی ویژگی های منحصر به فرد مورد توجه قرار گرفته است. در این پژوهش، پوشش های فتوکاتالیست متشکل از دی اکسید تیتانیم (TiO2) و مگنتیت (Fe3O4) به روش پاشش حرارتی HVOF تولید شدند. پودرهای TiO2 (با 75% آناتاز و 25% روتیل) و Fe3O4تجاری با درصدهای متفاوت با یکدیگر مخلوط و بر روی زیرلایه ای از جنس فولاد زنگ نزن 316 رسوب داده شدند. برای ارزیابی ساختار، مورفولوژی و توانایی جذب نور پوشش ها (با نسبت های مختلف Fe3O4) به ترتیب از پراش پرتو ایکس (XRD) ، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و اسپکتروفتومتر UV-Vis-NIR استفاده شده است. به علاوه، ارزیابی بازده فتوکاتالیتیکی پوشش ها با توانایی تجزیه گاز زایلن تحت تابش نور مریی و UV در فتوراکتور گازی دینامیک انجام شد. نتایج ارزیابی ها نشان داد که افزودن مقدار بهینه پودر Fe3O4بر فعالیت فتوکاتالیتیکی پوشش TiO2 در محدوده نور UV و مریی تاثیر می گذارد. با افزودن 7.5 درصد وزنی مگنتیت، راندمان فرآیند به بیش از 35 درصد رسیده است (تحت تابش پرتو UV). هم چنین با افزودن 10 درصد وزنی مگنتیت، راندمان فرآیند با استفاده از نور مریی به نزدیکی 4 درصد رسیده است.

اصطکاک یکی از مهم ترین فاکتورهای موثر بر فرآیندهای شکل دهی فلزات است. علاوه بر رعایت یک سری اصول اساسی، انجام روانکاری صحیح، بهترین روش کنترل اصطکاک و سایش در یک فرآیند است. یکی از روش های ارزیابی تاثیر روان کارها بر اصطکاک در فرآیندهای شکل دهی، آزمون فشار حلقه است. با استفاده از منحنی های کالیبراسیون در فرآیند فشار حلقه، ضریب اصطکاک محاسبه می شود. در این مقاله تاثیر محلول نانو ذرات اکسید مس و آلومینا در روانکارهای پایه پارافین و روغن10 در تاثیر بر اصطکاک طبق مدل اصطکاک کولمب بررسی شده است. از روش تاگوچی و آرایه متعامد L8 با توجه به تعداد عوامل مورد بررسی، جهت طراحی آزمایش ها و بدست آوردن حالت بهینه استفاده شده است. با انجام آزمایشات پیشنهادی و بکارگیری منحنی های کالیبراسیون برای ماده Al7xxx، ضرایب اصطکاک کولمب برای روانکارهای مختلف بدست آمده است. پارامترهای درصد وزنی نانو ذرات، نوع روانکار پایه و نوع نانو ذرات افزودنی، به عنوان متغیرهای ورودی، و ضریب اصطکاک کولمب به عنوان متغیرهای هدف در نظر گرفته شدند. با روش آنالیز واریانس میزان تاثیرگذاری هر متغیر ورودی بر روی پارامتر هدف بررسی شد و مقادیر پارمترهای ورودی جهت کمینه کردن مقدار ضریب اصطکاک با روش سیگنال به نویز تاگوچی استخراج شدند. نتایج نشان می دهد که بیشترین تاثیر را درصد وزنی نانو ذرات با سهم درصد 62.15 روی ضریب اصطکاک دارد و با افزایش درصد وزنی نانو ذرات، ضریب اصطکاک افزایش می یابد. همچنین بهترین ترکیب برای به حداقل رساندن ضریب اصطکاک، ترکیب %0.8 نانو ذرات آلومینا در روانکار روغن 10 بدست آمد.

آلیاژسازی سطحی توسط فرآیند TIG یکی از روش های بهبود خواص سطحی در فولادها است. این روش بدون تغییر خصوصیات زیرلایه صورت می گیرد. آلیاژسازی از طریق افزودن عنصر آلیاژی مدنظر قبل و یا در حین ذوب سطحی انجام می شود. در این پژوهش با استفاده از نیکل و ذرات تقویت کننده کاربید تنگستن آلیاژسازی سطحی توسط فرآیند جوشکاری قوس تنگستن- گاز با جریان اعمالی 130 آمپر بر روی فولاد St52 انجام گردید. همچنین تاثیر افزایش درصد پودر WC بر روی سختی سطح نمونه ها مورد ارزیابی قرار گرفت. دامنه افزایش سختی پوشش های ایجاد شده بین 225 تا 680 ویکرز اندازه گیری شد که این مقدار در نمونه بدون پوشش حدود 180 ویکرز است. ارزیابی ریزساختاری از سطوح ساییده شده توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) انجام شد. مقاومت سایشی نمونه ها بوسیله دستگاه سایش رفت و برگشتی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصل از سطوح سایش نشان داد که در حالت کلی افزایش مقدار ذرات تقویت کننده WC باعث افزایش مقاومت زمینه در برابر تغییر فرم شده و در نهایت سبب بهبود مقاومت سایش نمونه ها می گردد. نتایج تست سایش نشان داد که با افزایش درصد ذرات تقویت کننده کاربید تنگستن تا 80% وزنی مقدار کاهش وزن نمونه ها کمتر شده و نرخ سایش نمونه ها تا مقدار 100 mm3/Nm کاهش می یابد.

دی سولفید مولیبدن (MoS2) یکی از پرکاربردترین روانکارهای جامد است که به روش های مختلف، روی سطوح تحت سایش اعمال می شود. در این پژوهش با استفاده از روش رسوب بخار شیمیایی (CVD) پوشش MoS2 در دماهای 400، 500، 600 و 700 درجه سانتی گراد، روی زمینه فولادی اعمال شد. پوشش با استفاده از EDX، XRD، FTIR، سختی سنج و زبری سنج، مشخصه یابی شد. نتایج نشان داد که با تبخیر همزمان پودر گوگرد و تری اکسید مولیبدن (MoO3)، در محفظه CVD، پوششی پیوسته و یکنواخت با ترکیبی از MoS2 و دی اکسید مولیبدن (MoO2) ایجاد می شود. افزایش دمای زیرلایه باعث افزایش ضخامت پوشش و افزایش نسبت فاز MoS2 به MoO2 می گردد. اندازه دانه پوشش های ایجاد شده در شرایط مختلف رسوب دهی 120-50 نانومتر و ضخامت و سختی پوشش به ترتیب 30-17 میکرومتر و 480- 260 ویکرز بود.

در این مقاله خواص الکترونی و اپتیکی ترکیبات کلکوژنید CuSbX2 (X=Se, S, Te) در حالت سطح در راستای (001) مورد مطالعه قرار گرفته است. محاسبات با استفاده از روش شبه پتانسیل در چارچوب نظریه تابعی چگالی (DFT) با استفاده از نرم افزار کوانتوم اسپرسو با تقریب شیب تعمیم یافته (GGA) انجام شده است. گاف نواری ترکیبات CuSbX2 (X=Se, S, Te)، در حالت انبوهه به ترتیب 0.80 و 0.93 الکترون ولت است اما در حالت سطح این ترکیبات فاقد گاف نواری هستند که علت آن پیوندهای آویزان سطحی هستند که گاف نواری را پوشانده است. محاسبات نشان داد که ترکیب CuSbTe2 در هر دو حالت انبوهه وسطح فلز است. همچنین انرژی سطح، تابع کار، چگالی حالت ها و ویژگی های اپتیکی درحالت سطح در راستای (001) با سه برابر تکرار لایه ها و خلا 15 آنگستروم محاسبه شده است.

فیلم هایی از سیلیکون آمورف به روش لایه نشانی فیزیکی فاز بخار به کمک پرتو الکترونی (EB-PVD) ایجاد شد. فرآیند لایه نشانی در شرایط خلا بالا (10-6 torr) که منجر به تشکیل یک پوشش آمورف البته با ضخامت های کنترل شده انجام شد. پس از نمونه سازی، نمونه ها در دمای 800oCو در محیط گاز خنثی تحت شرایط عملیات حرارتی قرار گرفت و ویژگی های ساختاری و الکتریکی آن قبل و بعد از عملیات حرارتی مورد تحلیل قرار گرفت. نتایج حاصل از میکرورامان نشان دهنده ساختار آمورف در پوشش های اولیه بود که با افزایش ضخامت پوشش و حضور نقایص بیشتر مقداری از نانوکریستال ها تشکیل شد. علاوه بر آن با اعمال شرایط عملیات حرارتی تشکیل، رشد و ادغام نانوکریستال ها و تشکیل یک ساختار پلی کریستال را شاهد هستیم. نانوکریستال ها منجر به تشکیل پیوندهای sp2 و sp3 شده که همین خود باعث افزایش هدایت الکتریکی پوشش در این شرایط شد و این افزایش هدایت الکتریکی با افزایش ضخامت پوشش بر روی نمونه های موردبررسی به شدت افزایش یافت.

در این تحقیق از پوشش نانو ذرات زیرکونیا با ضخامت های مختلف بر روی سطح ورق Ti-6Al-4V به منظور عملیات ذوب سطحی جهت افزایش سختی و مقاومت به سایش، با استفاده از جوشکاری TIGبدون فلز پرکننده استفاده شده است. بعد از عملیات ذوب سطحی در حضور نانو ذرات زیرکونیا، عمق لایه ذوب شده سطحی و سختی نواحی مختلف اندازه گیری شده است. همچنین با استفاده از میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ SEM، ریز ساختار نواحی مختلف ذوب شده سطحی را بررسی نموده و برای مشخص نمودن حضور نانو ذرات در ناحیه ذوب شده از آنالیز عنصریEDS و از الگوی پراش پرتو ایکس (XRD) برای شناسایی فازهای تشکیل شده در نمونه های ناشی از عملیات ذوب سطحی استفاده شده است. نانو ذرات به عمقی از سطح ذوب شده نفوذ کرده و منجر به ایجاد ساختار سوزنی شکل و درهمبافته گردیده است. علت تشکیل این ساختار را می توان حضور ذرات نانو در حین عملیات ذوب سطحی و تشکیل مراکز جوانه زا جهت ایجاد جوانه های مناسب در مکان های مناسب دانست. نانو ذرات اعمال شده بر سطح با مکانیزم تغییر گرادیان کشش سطحی، موجب افزایش نفوذ لایه ذوب شده سطحی گردیده است. بیشترین سختی در نمونه هایی که بالاترین مقدار نانو ذرات را دارد، حاصل شده است. سختی این نمونه ها نسبت به فلز پایه 2.5 برابر شده است. با ثابت در نظر گرفتن پارامترهای جوشکاری و افزایش نانو ذرات زیرکونیا، عمق ناحیه ذوب شده بیشتر و همچنین سختی منطقه ذوب شده نسبت به فلز پایه افزایش یافته است.