علوم و مهندسی سطح
سال:1391 | دوره:- | شماره:15 |تعداد مقالات:12

آلومینیوم بدلیل خواص منحصر به فردی نظیر استحکام ویژه بالا، دانسیته پایین و نیز فراوانی در پوسته زمین از مهم ترین مواد مهندسی بوده و دارای کاربردهای متنوعی شامل صنعت هوافضا، خودرو و ساختمان است. اما برخی عیوب ذاتی آن نظیر سختی پایین، مقاومت سایشی پایین و نیز مقاومت به خوردگی پایین، کاربرد وسیع و طولانی مدت آن را در صنعت محدود نموده است. راههای متعددی برای غلبه بر این عیوب پیشنهاد شده است که از این بین می توان به پوشش دهی قطعات آلومینیومی با پوشش های آلومینایی و آلومینا- زیرکونیایی اشاره کرد. در این تحقیق، پوشش های کامپوزیتی ZrO2-Al2O3 تحت شرایط مختلف بر روی فلز آلومینیوم با استفاده از روش Micro Arc Oxidation (MAO) رشد داده شد. این پوشش ها تحت جریان AC در الکترولیت حاوی نمک ZrOCl2.8H2O سنتز شد. طبق نتایج XPS، XRD و EDX، پوشش ها بیشتر شامل فازهای a-Al2O3، g-Al2O3، ZrO2 مونوکلینیک و ZrO2 تتراگونال بودند. با افزایش ولتاژ، درصد زیرکونیوم در پوشش افزایش پیدا می کرد. نتایج AFM دال بر تشکیل سطحی زبر بود بگونه ای که زبری سطح با افزایش ولتاژ بیشتر می شد. بررسی مورفولوژی پوشش ها با استفاده از SEM نشان داد که مورفولوژی به شدت به ولتاژ اعمالی بستگی دارد.

با توجه به جایگاه صنعتی پوشش های آلومینایدی در کاربردهای قطعات داغ توربین گازی، شناخت چگونگی تاثیر لایه های از پیش نفوذ داده شده بر ریزساختار نهایی و خواص پوشش اصلاح شده حایز اهمیت است. در این مقاله نتایج مطالعات ریزساختاری لایه های نفوذی سیلیسیم و تیتانیم و پوشش های آلومیناید نفوذی اصلاح شده مبتنی بر آنها ارایه شده است. فازهای شرکت کننده در پوشش های میانی و نهایی شناسایی شده و به منظور تعیین مکانیزم رشد پوشش مورد استفاده قرار گرفته است. لایه نفوذی سیلیسیم به سمت داخل رشد کرده و ضخامت پوشش اصلاح شده را تا بیش از دو برابر نسبت به پوشش آلومیناید ساده افزایش می دهد که نیمی از این ضخامت از فاز ترد Ni2Al3 تشکیل شده است. لایه نفوذی تیتانیم به سمت بیرون زیرلایه رشد می کند و با افزایش اندک ضخامت پوشش اصلاح شده، نواحی سطحی را تا حدی از عناصر آلیاژی زیرلایه رقیق می کند. این موضوع تاثیر مثبتی بر خواص خوردگی دمای بالا به ویژه خوردگی داغ با مکانیزم فلاکسینگ اسیدی خواهد داشت.

مقاومت الکتریکی لایه های نازک نیمه هادی های اکسید فلزی تابعی از ترکیب گاز محیط فراگیرنده آنها است. نانولوله های اکسید تیتانیوم به گاز هیدروژن حساس هستند و در برابر این گاز، کاهش چشمگیری در مقدار مقاومت الکتریکی این نانولوله ها مشاهده می شود. در این تحقیق، نانولوله های اکسید تیتانیوم، به روش اکسیداسیون آندی در دو نوع الکترولیت آبی و آلی بر روی سطح ورق تیتانیوم ایجاد شدند. نتایج بدست آمده از بررسی شناسایی گاز هیدروژن نشان داد که نانولوله های اکسید تیتانیوم با دیواره نازک تر و طول کوتاهتر برای شناسایی گاز هیدروژن مناسب هستند. در تحقیق حاضر از تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (FESEM) و الگوهای تفرق اشعه ایکس (XRD) برای بررسی مورفولوژی سطح و ساختمان بلوری نانولوله ها استفاده شد.

در این پژوهش به منظور افزایش سختی و مقاومت به اکسیداسیون پوشش های CoNiCrAlY و مقایسه آن با پوشش تجاری، پودرهای کامپوزیتی و نانوساختار CoNiCrAlY + YSZ به روش آسیاب کاری مکانیکی تهیه شدند. برای این کار مقادیر صفر، 5، 10 و 15 درصد YSZ به پودر CoNiCrAlY اضافه شد. سپس پوشش های مورد نظر و پوشش تجاری با استفاده از روش HVOF بر روی زیرلایه Inconel 617 اعمال گردید. برای ارزیابی پوشش ها از میکروسکوپ الکترونی روبشی، پراش اشعه ایکس و میکروسختی سنج استفاده شد. نتایج نشان داد پوشش های دارای سرامیک در حین پاشش رشد دانه کمتری از خود نشان داده اند. افزودن YSZ به پوشش CoNiCrAlY باعث شده است که تخلخل پوشش افزایش یابد، ولی سختی پوشش در حدود %100 افزایش یافته است. به علت افزایش تخلخل پوشش ها مقاومت به اکسیداسیون پوشش های کامپوزیتی کاهش یافته است.

جهت ایجاد لایه کامپوزیتی بر سطح آلیاژ ریختگی آلومینیم A380 از فرآیند قوس تنگستن تحت گاز محافظ آرگون(TIG)  استفاده شد. بدین منظور مخلوطی از پودرهای آلومینیم، سیلیسیم و کاربیدسیلیسیم به نسبت های مختلف همراه با مقدار مناسب چسب سیلیکات سدیم و آب به صورت خمیر پیش نشست بر روی زیرلایه مورد نظر چسبانده شد. پس از خشک شدن و پیشگرم نمونه ها عملیات ذوب سطحی توسط فرآیند جوشکاری TIG تحت پارامترهای بهینه انجام شد. در اثر این عملیات لایه کامپوزیتی Al-SiC بر سطح آلیاژ آلومینیم ایجاد گردید. جهت ارزیابی ریزساختاری و بررسی خواص لایه ایجاد شده بر زیرلایه از پراش سنجی پرتو ایکس (XRD)، میکروسکوپ نوری و الکترونی روبشی (SEM)، میکروآنالیزور عنصری(EDS)  و ریزسختی سنجی استفاده شد. نتایج حاصل توزیع یکنواختی از ذرات SiC در زمینه دندریتی آلومینیم را نشان داد. همچنین ذرات SiC در حین اعمال گرمای ناشی از عملیات ذوب سطحی لایه پیش نشسته شده، به صورت جزیی حل شده و منجر به تشکیل فازهایی همچون Si و Al4SiC4 با سختی در حدود 1000 ویکرز می شود. همچنین افزودن سیلیسیم به مخلوط پودر پیش نشست منجر به افزایش سختی سطحی روکش می شود.

در این تحقیق، در ابتدا از طریق آندایزینگ تیتانیوم، نانولوله های دی اکسید تیتانیوم بسیار منظم سنتز شد و در ادامه با استفاده از روش میکروامولسیون، نانوذرات پلاتین بر روی سطح نانولوله های دی اکسید تیتانیوم حاصل ایجاد گردید. مورفولوژی و آنالیز سطح نانولوله های TiO2 حاصل و نانوذرات پلاتین دوپ شده، الکترودهای Pt-TiO2، با استفاده SEM و XRD مورد بررسی قرار گرفت. با استفاده از روشهای الکتروشیمیایی، اکسیداسیون الکتروشیمیایی الکلها و قندها بر روی الکترودهای Pt-TiO2 مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج نشان داد که دانسیته جریان پیکهای اکسیدی بر روی الکترودهای Pt-TiO2 برای اکسیداسیون الکتروشیمیایی الکلها و قندها، چندین برابر بزرگتر از دانسیته جریان پیکهای اکسیدی آنها بر روی الکترود پلاتین صاف و یکنواخت است. نتایج نشان داد که در مقایسه با الکترود پلاتین خالص، الکترودهای حاصل از فعالیت الکتروکاتالیستی بسیار بالاتری برخوردار هستند. خواص فوتوکاتالیستی TiO2 باعث می شود تا بعد از مسموم شدن سطح الکترودها بوسیله حد واسطهای مختلف؛ در اثر تابش کوتاه مدت نور UV، الکترودهای Pt-TiO2 مجددا قابل استفاده باشند.

در این تحقیق از روش آسیابکاری مکانیکی جهت ایجاد پوشش ترکیبات بین فلزی NiAl بر سطح فولاد ساده کربنی استفاده شده است. بدین منظور از ترکیب پودر Ni-Al با نسبت اتمی 1: 1 همراه با گلوله های با قطر و نسبت گلوله به پودر متفاوت در محفظه آسیاب پرانرژی اسپکس در زمان های متفاوت استفاده شد و نمونه زیرلایه فولادی در انتهای محفظه ثابت شد. حین فرآیند آسیابکاری سطح فلز زیرلایه تحت ضربات متوالی گلوله قرار می گیرد. در اثر ضربات متوالی گلوله، ذرات پودر بین گلوله و زیرلایه قرار گرفته و پودر بر سطح زیرلایه جوش سرد خورده و پوشش ایجاد می شود. در ادامه عملیات حرارتی بر نمونه های بدست آمده از شرایط مختلف آسیابکاری انجام شد. ضخامت و سختی پوشش با فاکتورهای قطر گلوله، نسبت وزنی گلوله به پودر و زمان آسیابکاری بهینه شده است. به منظور مشخصه یابی و بررسی موروفولوژی پوشش، نمونه ها تحت آزمایش پراش اشعه ایکس(XRD)  و میکروسکوپ الکترونی روبشی(SEM)  و عبوری (TEM) قرار گرفته شد. یافته های پژوهشی نشان داد، پوشش با ترکیب بین فلزی NiAl بر سطح فلز پایه تشکیل شده است. با افزایش زمان آسیابکاری ضخامت پوشش افزایش می یابد و ساختار پوشش از حالت لایه ای به محلول جامد تبدیل شده است. بهترین شرایط با گلوله به قطر 4 mm و نسبت وزنی گلوله به پودر 1: 10 ایجاد شد. افزایش زمان آسیابکاری تا 480 دقیقه باعث کاهش اندازه ذرات تا 28 nm شده است.

در این مقاله تاثیر پارامترهای اساسی پاشش حرارتی HVOF بر سرعت ذرات پودر سرمت WC-12Co مورد مطالعه قرار گرفته است. تاثیر فاصله پاشش، نسبت اکسیژن به سوخت، نرخ تغذیه پودر و سرعت حرکت تفنگ مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج بررسی آماری نشان می دهد که با کاهش فاصله پاشش و افزایش نرخ تغذیه پودر، سرعت ذره افزایش می یابد. این در حالی است که افزایش نسبت اکسیژن به سوخت همواره باعث افزایش سرعت ذره نمی شود و سرعت نسبی تفنگ نسبت به زیرلایه نیز بر سرعت ذره عملا بی تاثیر است. نتایج تحلیل واریانس نشان می دهد که سهم مشارکت فاصله پاشش، نسبت اکسیژن به سوخت و نرخ تغذیه پودر بر سرعت ذره در حین برخورد به ترتیب 50 درصد، 29 درصد و 15 درصد است. تاثیر فاصله پاشش بر دمای ذره و ضخامت قابل دستیابی مورد ارزیابی قرار گرفت. از سیستم پاشش حرارتی HVOF با گاز مایع و سیستم نوری پایش ذره Spray Watch، میکروسکوپی الکترونی، پراش پرتو X و ضخامت سنجی بهره لازم حاصل گردید.

در این پژوهش تاثیر سه روش پاسیواسیون شیمیایی، الکتروشیمیایی و الکتروشیمیایی - شیمیایی روی رفتار خوردگی فولاد زنگ نزن مارتنزیتی نوع 420 در محیط %3.5 NaCl ساکن با استفاده از تکنیک های طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی(EIS)  و پلاریزاسیون دینامیکی و آنالیز کروم و آهن محلول پاسیواسیون با روش ICP، مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج بررسی های انجام شده نشان می دهد که امپدانس سطح نمونه به نسبت آهن به کروم حل شده در محلول پاسیواسیون، ضخامت لایه های داخلی و خارجی فیلم پاسیو و میزان همگنی این لایه ها وابسته است. همچنین نتایج نشان داد که استفاده از روش الکتروشیمیایی - شیمیایی بهترین عملکرد را به لحاظ افزایش مقاومت به خوردگی ایجاد می کند و لایه پاسیو تشکیل شده به دو روش شیمیایی و الکتروشیمیایی نیز عملکردی تقریبا مشابه داشته اند. همچنین نتایج حاکیست که فیلم پاسیو تشکیل شده با هر سه روش فوق دارای مقاومت به خوردگی بالایی نسبت به فیلم پاسیو تشکیل شده به صورت طبیعی (تشکیل شده در هوای مرطوب) بودند.

در این تحقیق، لایه نشانی پوشش نانوکامپوزیتی Al2O3-DLC-MoS2-Au به منظور بهبود رفتار سایشی فولاد 440 C (یکی از فلزات پرکاربرد در قطعات متحرک فضایی)، توسط فرآیند رسوب فیزیکی بخار و با استفاده از دو منبع پرتو الکترونی و حرارتی انجام شد. به منظور ارزیابی رفتار تریبولورژیکی پوشش بدست آمده، از آزمون های میکروسختی سنجی ویکرز، زبری سنجی و سایش به روش پین بر روی دیسک در محیط مرطوب و اتمسفر خشک (گاز نیتروژن) استفاده شد. نتایج آزمون های مذکور و بررسی انجام شده توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی و طیف سنج تفکیک انرژی از سطح سایش پوشش، نشان دهنده تشکیل پوششی مطلوب با چسبندگی و چقرمگی مناسب بر روی زیرلایه، حصول میزان زبری و سختی به مراتب بهتر از الزامات مورد نیاز برای پوشش های فضایی و همچنین بهبود رفتار تریبولوژیکی سطح فولاد 440 C پس از اعمال پوشش فوق است.

رفتار خوردگی پوشش های Ni خالص و Ni-ZrO2 کامپوزیتی با استفاده از طیف نگاری امپدانس الکتروشیمیایی بررسی شد. برای ارایه مدل تئوری مناسب مسیرهای پیشرفت خوردگی بررسی شد. یک مدار معادل بر اساس خصوصیات سطح دارای خوردگی موضعی و قسمت رویین شده ارایه گردیده و تطابق خوبی بین طیف حاصل از مدار معادل و طیف بدست آمده از آزمایش عملی مشاهده شد. مقاومت انتقال بار Ni-ZrO2 بیشتر از Ni خالص بدست آمد. بررسی سطوح خورده شده توسط میکروسکپ الکترونی و مقاطع اچ شده نشان داد که تغییر مسیر خوردگی از مرز بین خوشه های نیکل در پوشش نیکل خالص به مرز بین ذره زیرکونیا و زمینه نیکل در پوشش Ni-ZrO2 کامپوزیتی به همراه تغییر ریزساختار عامل افزایش مقاومت به خوردگی است. نتایج آزمایشات پلاریزاسیون نیز نتایج بدست آمده از طیف نگاری امپدانس الکتروشیمیایی را تایید کردند.