علوم و مهندسی سطح
سال:1387 | دوره:- | شماره:6 |تعداد مقالات:11

در این مقاله انباشت سطحی زیر لایه مس حین لایه نشانی نیکل و نیز در حین عملیات حرارتی در سیستم Ni/Cu/Si(100) مورد بررسی قرار گرفته است. به منظور بررسی سطح در مقیاس نانومتری از روش طیف نگاری XPS استفاده گردید. با استفاده از میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) کیفیت لایه ها و زبری سطح بررسی شد و با اندازه گیری زاویه تماسی قطرات میکرولیتری آب، انرژی سطحی نمونه ها مقایسه گردیدند. نتایج نشان می دهد انباشت سطحی مس حین لایه نشانی با افزایش ضخامت لایه نیکل در محدوده 2-4nm کاهش یافته و در ضخامت بیش از 4nm، مس بر روی سطح مشاهده نمی گردد. تحلیل نتایج به روش Tougaard و همچنین استفاده از شدت نسبی قله ها نشان می دهد که مس انباشته شده به صورت یکنواختی با ضخامت تک لایه اتمی بر روی سطح قرار گرفته است. آزمایش زاویه تماسی مشخص می نماید که با کاهش ضخامت لایه نیکل، انرژی سطحی نمونه ها کاهش یافته و به انرژی سطحی مس نزدیک می شود. تحلیل Tougaard مشخص می کند که با انجام عملیات حرارتی در محدوده دمایی 150-185oC، مس انباشته شده افزایش یافته و به صورت جزایر سه بعدی در می آید که این پدیده با نتایج AFM همخوانی دارد.

لایه های نازک سولفید به روش تبخیر حرارتی در خلا در فشار p=3×10-6 Torr بر روی شیشه، لایه گذاری شدند. آهنگ تبخیر 3.5nm/s و ضخامت تقریبی آن 550nm تعیین شدند و تعدادی از این لایه ها برای کاشت عنصر مس، با چگالی مختلف انتخاب شند. برای مطالعه ساختار بلوری لایه ها از روش XRD استفاده شد. الگوی پراش اشعه، ایکس نشان داد که لایه های پوشش داده شده بر روی شیشه در دمای 165oc زیر لایه، دارای ساختار هگزاگونال در جهت رشد ترجیحی [002] است. همچنین بررسی الگوی پراش نمونه های آلائیده با مس، CdS:Cu نیز همان ساختار بلوری هگزاگونال از صفحه بازتاب [002] را نشان داد. تغییرات ضریب شکست، انرژی گاف هر دو ترکیب یعنی CdS و CdS:Cu با دمای زیرلایه و چگالی مس بررسی شدند. میزان انرژی گاف بین 2.43 تا 2.48 الکترون ولت و ضریب شکست CdS و Cd:Cu به ترتیب بین 1.75 تا 2.51 متغیر بودند. خواص الکتریکی لایه های نازک با سنجش مقاومت الکتریکی به وسیله پراب چهار نقطه ای کاوه مورد مطالعه قرار گرفت که طی آن مقاومت CdS از مقدار 5.2×103 اهم سانتی متر به مقدار 9×10-3 پس از اعمال ناخالصی مس کاهش یافت.

هدف از این پژوهش، تهیه، پوشش دهی و مشخصه یابی شیشه زیست فعال به روش سل- ژن بر روی فولاد زنگ نزن 316 ال بود. پودر شیشه زیست فعال به روش سل- ژل تهیه شد و سپس به کمک آنالیز حرارتی افتراقی (DTA) ارزیابی گردید. پودر شیشه زیست فعال در محلول شبیه سازی شده بدن (SBF)، به مدت سی روز غوطه ور گردید و از روش طیف سنجی مادون قرمز (FTIR) برای تشخیص و تایید تشکیل لایه آپاتیت بر روی آن استفاده شد. پوشش شیشه زیست فعال به روش سل- ژل بر روی لایه فولاد زنگ نزن 316 ال اعمال گردید. مورفولوژی و ریز ساختار سطح پوشش به کمک میکروسکوپ الکترونی رویشی (SEM) بررسی گردید. از روش پراش پرتو ایکس (XRD) و آنالیز توزیع انرژی پرتو ایکس (EDX) نیز برای مشخص نمودن ترکیب فازها و عناصر در پوشش استفاده شد. آزمون های الکتروشیمیایی پلاریزاسیون پتانسیودینامیکی در دو محلول فیزیولوژیکی مختلف و به منظور مقایسه رفتار خوردگی نمونه های فولادی پوشش داده شده و بدون پوشش انجام گرفت. نتایج حاکی از تشکیل پوشش شیشه بدون ترک و یکنواخت به وسیله روش سل- ژل بر روی زیر لایه فولادی بود. آزمون FTIR تشکیل لایه آپاتیت را بر روی پودر شیشه زیست فعال تاییدکرد که این خود نشانی از زیست فعالی شیشه ساخته شده بود. همچنین ملاحظه شد که در شیشه هایی که بالاتر از دمای 900 درجه سانتی گراد عملیات حرارتی شده بودند، فاز لارنیت (Ca2SiO4) تشکیل شده بود. پوشش، مقاومت خوردگی زیر لایه را بهبود داد و چگالی جریان خوردگی در نمونه های پوشش دار کمتر از نمونه های بدون پوشش بود. پوشش شیشه زیست فعال اعمال شده به روش سل- ژل می تواند از یکسو با کاهش آزاد شدن یون های فلزی، زیست سازگاری کاشتنی فلزی مصرفی در بدن را بهبود دهد و از طرف دیگر با توانمندی بالقوه خود منجر به ترویج رشد استخوان و هم بندی با آن گردد.

زاویه تماس تاثیر بسیار مهمی در رفتار قطره به هنگام برخورد با سطح جامد، از جمله تغییر شکل، پخش شدن و یا حتی جدا شدن قطره از روی سطح دارد. در این مقاله اثر زاویه تماس در برخورد قطره با سطح، مطالعه و مدل سازی شده است. ابتدا با استفاده از تئوری سینتیک مولکولی و بر پایه تحقیقات جدید، رابطه ای برای تعیین زاویه تماس دینامیکی قطره با سطح به دست آمده است. این رابطه سپس در شبیه سازی عددی قطره با سطح به کار رفته و بر پایه آن مدل عددی اصلاح گردیده است. نتایج مدل با نتایج آزمایشگاهی و همچنین با نتایج حاصل از مدلهای قبلی (استفاده از زاویه تماس تعادلی، زوایای تماس پیشروی و پسروی)، مقایسه و مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. مقایسه مدل با نتایج آزمایشگاهی نشان دهنده دقت بالای مدل و همچنین شبیه سازی دقیق رفتار قطره در برخورد با سطح می باشد. نتایج نشان می دهد که استفاده از تئوری سینتیک مولکولی در مقایسه با مدل زاویه تعادلی، از نوسانات جمع و پخش شدن قطره بر روی سطح خصوصا سطوح رطوبت پذیر، جلوگیری کرده و همچنین پیش یابی دقیق تری از مقدار و زمان حداکثر و حداقل قطر قطره پخش شده بر روی سطح، نسبت به مدل زوایای پیشروی و پسروی دارد. بر اساس نتایج حل عددی، منطقه پخش و منطقه جداشده قطره از روی سطح مشخص و مقدار حداکثر پخش بحرانی تعریف و تعیین گردیده است. در ادامه، مدلی تحلیلی برای بررسی تاثیر زاویه تماس در تعیین مقدار حداکثر پخش قطره بر روی سطح، ارایه شده است. نتایج بدست آمده از مدل تحلیلی در اعداد موئینگی (Ca) کم، نشان می دهد که با افزایش زاویه تماس تعادلی و یا کاهش عدد We، مقدار حداکثر پخش قطره کاهش یافته و وابستگی کمتری به عدد Re پیدا می کند. که در مقابل، مقدار حداکثر پخش در مقادیر زیاد We یا مقادیر کم زاویه تماس تعادلی افزایش پیدا کرده و به عدد Re وابستگی بیشتری دارد.

این مقاله به بررسی نقش افزودنی های پودری شامل روانسازهای جامد (گرافیت و مولیبدن دی سولفاید)، پلی تترافلورو اتیلن و فیلر سرامیکی SiC بر رفتار تربیولوژیک یک پلیمر ویژه، رزین فنولیک، می پردازد. نمونه هایی از جنس کامپوزیت های پلیمری با استفاده از روش قالب گیری فشاری گرم ساخته شده و مشخصات سایشی اصطکاکی آنها مورد ارزیابی قرار گرفت. بدین منظور از یک دستگاه تریبومتر پین روی دیسک تحت شرایط لغزش خشک دمای محیط استفاده شده و مقادیر ضریب اصطکاک و میزان سایش نمونه ها تعیین گردید. یک پین از جنس فولاد سخت AISI 52100 به عنوان سطح مقابل انتخاب شد. آزمایش های متعددی با تغییر در نوع و کسر وزنی فیلر به کار رفته در ساخت نمونه کامپوزیتی انجام گرفت. درصدهای وزنی 10، 15 و 20 برای روان سازهای جامد (گرافیت و مولیبدن دی سولفاید)، 5، 10، 15 و 20 در مورد پلی تترافلورو اتیلن و 5 و 10 برای فیلرهای سرامیکی SiC به کار گرفته شد. در مورد SiC تاثیر اندازه ذرات نیز مورد مطالعه قرار گرفت که بدین منظور دو نوع فیلر با اندازه های 5 و 38 میکرومتر انتخاب گردید. نتایج نشان می دهد افزودن فیلرهای با ساختار لایه ای (گرافیت و مولیبدن دی سولفاید) موجب کاهش میزان اصطکاک و افزایش مقدار سایش می گردد. در حالی که پودرپلیمرپلی تترافلورواتیلن (PTFE) از طریق کاهش میزان سایش و ضریب اصطکاک هر دو ویژگی تریبولوژیک را بهبود می بخشد. فیلر سرامیکی سیلیکون کارباید، رفتار متفاوتی را نشان می دهد. در این مورد اندازه ذرات فیلر نقش موثری بر رفتار سایشی دارند، به گونه ای که ذرات درشت تر (38mm) محافظت بهتری از ماتریس پلیمری در برابر فرایند سایش به عمل آورده و میزان سایش را کاهش می دهند، در حالی که ذرات ریزتر (5mm) باعث افزایش جزیی در مقدار سایش می شوند.

در این پژوهش رفتار سایش و روانکاری کامپوزیت Tic-NiAl تولید شده به روش سنتز احتراقی و SiC تولید شده به روش سینترینگ به منظور کاربرد در پمپ (قسمت سطوح سخت آب بندهای مکانیکی) مورد مطالعه قرار گرفت. رفتار تریبولوژیکی TiC-NiAl و SiC از طریق آزمون پین روی دیسک تحت شرایط خشک در دمای اتاق بررسی شد. ضریب اصطکاک و کاهش وزن نمونه های TiC-NiAl و SiC به وسیله آزمون پین روی دیسک اندازه گیری شد و نوع سایش به وسیله میکروسکوپ الکترونی رویشی و میکروسکوپ نوری بررسی شد. نتایج آزمایشگاهی نشان داد که نمونه TiC-NiAl ضریب اططکاک و رفتار سایشی نزدیک به SiC دارد. نوع سایش برای نمونه های TiC-NiAl و SiC چسبان، خراشان و تریبوشیمیایی می باشد. همچنین نتایج میکرو و ماکروسختی نشان داد که TiC-NiAl همانند SiC سختی بالا برای استفاده در پمپ دارد.

اخیرا آلیاژ هویسلر Co2MnSi به علت داشتن خاصیت نیم فلزی برای کاربرد در صنعت اسپینترونیک که در آن کمیت اصلی در ترابری، اسپین حامل ها می باشد، مورد توجه قرار گرفته است. بررسی اثرات سطح مشترک و طراحی سطوح مشترک ایده آل با نیم رسانا که در آنها ماهیت نیم فلزی Co2MnSi حفظ شود برای اهداف صنعتی بسیار حایز اهمیت است. در اینجا خواص الکترونی و مغناطیسی Co2MnSi/GaAs(001) با محاسبات اولیه کوانتومی در چارچوب نظریه تابعی چگالی اسپینی و با استفاده از روش شبه پتانسیل و با تقریب GGA برای انرژی تبادلی- همبستگی ارایه شده است. در این محاسبات تنها پیوندگاه MnMn-As در نظر گرفته شد که در آن با جایگزین کردن Mn به جای Si یک لایه اضافی MnMn در پیوندگاه ایجاد کردیم. در نمودار نوارهای انرژی و منحنی چگالی حالت ها تعداد کمی از حالت های سطح مشترک در گاف حالت اقلیت اسپینی مشاهده شد که بر روی اتم های واقع در پیوندگاه جای گزیده می باشند. با این وجود قطبش اسپینی بالایی، %90، در سیستم وجود دارد که نسبت به مقدار تجربی، %12، به میزان قابل توجهی افزایش یافته است. همچنین ناپیوستگی نواری و نمودار سد شاتکی در محل پیوندگاه برای دو کانال اسپینی اکثریت و اقلیت به دست آمد.

در این پژوهش رفتار سایشی فولاد ساده کربنی روکش کاری شده با الکترودهای پرکروم- پرکربن مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور دو نوع الکترود پرکروم- پرکربن با ترکیب شیمیایی متفاوت بر روی فولاد St37 به روش جوش کاری قوسی فلز روپوش دار (SMAW) رسوب داده شد. سپس روکش ها از نظر ساختار میکروسکوپی، سختی و رفتار سایشی مورد ارزیابی قرار گرفتند. نتایج نشان می دهد که مقدار زیاد کرم به تنهایی باعث افزایش مقاومت به سایش در لایه های روکش نمی شود بلکه وجود ترکیب بهینه ای از کرم و عناصر آلیاژی کاربیدساز باعث افزایش موثر مقاومت به سایش می شود. بطور مثال وجود Nb و Mo در الکترود پرکرم نه تنها باعث ایجاد کاربیدهای NbC و استخوان ماهی شکل (Fe,Mo,Cr)7C3 می شود بلکه باعث تغییر مورفولوژی کاربیدها، افزایش سختی و بهبود رفتار سایشی روکش می شود.بررسی ها نشان می دهد که پوشش های پرکرم- پرکربن دارای مقاومت سایشی قابل ملاحظه و ضریب اصطکاک پایین تحت شرایط آزمون سایش لغزشی در دمای محیط می باشند.

ویژگی مهم مورد نظر برای پوشش های کاربردی در ماهواره ها شامل خواص ترموفیزیکی، مقاومت الکتریکی تماسی و مقاومت خوردگی است. پوشش های تبدیلی کروماته بر روی آلیاژهای آلومینیم از جمله این پوشش ها محسوب می شوند. در این پژوهش، پوشش های کروماته به روش غوطه وری در محلول با ترکیب نزدیک به محلول تجاری Alodine 1200S بر روی آلیاژ آلومینیوم Alclad AA7075-T6 اعمال شده است. تاثیر زمان پوشش دهی بر روی خواص ترموفیزیکی پوشش ها شامل ضرایب جذب نور خورشید (aS) و نشر حرارت (eT) و همچنین میزان مقاومت الکتریکی تماسی آنها ارزیابی شده است. ضرایب aS و eT به ترتیب با دستگاه های Reflectometer و Emmisometer اندازه گیری شدند. در زمان پوشش دهی از 30 تا 180 ثانیه ضرایب aS و eT به ترتیب در دامنه های زمانی 0.7-0.94 و 0.06-0.22 به دست آمد. میکروسکوپ های الکترونی روبشی (SEM) و نیروی اتمی (AFM) برای بررسی مورفولوژی سطحی پوشش ها استفاده شده است. نتایج نشان داد که مورفولوژی سطحی این پوشش ها شامل ساختاری نانومتری است که با کنترل پارامترهای پوشش دهی از جمله زمان می توان لایه های نازک کروماته با مقادیر a و e متفاوت و مقاومت الکتریکی تماسی مناسب برای کاربرد روی سازه های آلومینیمی ماهواره ها ایجاد نمود.

در این تحقیق نمونه های آلیاژ آلومینیوم 6082 توسط روش نسبتا جدیدی به نام اکسیداسیون پلاسمایی الکترولیتی مورد عملیات اکسیداسیون قرار گرفتند و در نتیجه آن لایه از اکسید آلومینیوم فشرده با ضخامت 40 میکرومتر بر روی سطح آنها تشکیل شد. سپس رفتار سایش خراشان این نمونه ها توسط دستگاه سایش خراشان ساخته شده تحت استاندارد ASTM G105، مورد بررسی قرار گرفت. پارامترهای مورد بررسی شامل نوع ذره ساینده (آلومینا و سیلیکا)، بار اعمالی، جنس چرخ دستگاه، اثر حضور آب به عنوان روان کننده و ... هستند. با توجه به نتایج به دست آمده، مشخص شد که در محیط خشک میزان خردایش ذرات ساینده بیشتر است در حالی که در محیط نر به علت وجود ماده روان کننده و کاهش تنش های موجود این میزان کمتر است. حضور آب در محیط، فارغ از جنس چرخ دستگاه، اثر به سزایی بر حرکت ذرات و خردایش آنها با توجه به نوع، شکل و اندازه ذره ساینده دارد و به همین جهت بر روی نرخ سایش و مکانیزم های آن بسیار تاثیرگذار است.