علوم و مهندسی سطح
سال:1391 | دوره:- | شماره:14 |تعداد مقالات:12

در این کار تجربی لایه های نازک اکسید ایندیم آلاییده با اکسید قلع (ITO) با ترکیب های مختلفی از 60 تا 95wt% اکسید ایندیم و 40 تا 5wt% اکسید قلع با استفاده از روش تبخیر با باریکه الکترونی بر روی زیرلایه های شیشه ای نهشته شدند. لایه ها پس از نهشت، به مدت 3 ساعت در هوا در دمای 450oC تحت عملیات حرارتی قرار گرفتند. تاثیر غلظت آلاینده اکسید قلع با تغییر غلظت آن از 5 تا 40wt% بر روی خواص ساختاری و اپتیکی این لایه ها بررسی و مشاهده شد که با افزایش غلظت آلاینده تا 20wt%، گاف باندی و اندازه دانه ها افزایش می یابد. بیشترین گاف انرژی و بیشترین اندازه دانه به ترتیب برابر 3.71eV و 23nm در لایه های با 20wt% اکسید قلع برآورد گردید.

در این پژوهش، تاثیر پرمنگنات پتاسیم، به عنوان یکی از بازدارنده های خوردگی، در غلظت های مختلف بر مورفولوژی، ضخامت، ترکیب و رفتار خوردگی پوشش آندایز ایجاد شده در محلول اسید سولفوریک 17 درصد بر روی آلیاژ آلومینیوم 2024-T3 مورد بررسی قرار گرفته است. مورفولوژی و ترکیب شیمیایی پوشش اکسیدی آندایز به ترتیب توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی (FESEM) و آنالیز عنصری EDX مورد مطالعه قرار گرفته و از آزمون های پلاریزاسیون و طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی (EIS) به منظور بررسی رفتار خوردگی آلومینیوم های پوشش داده شده استفاده شده است. نتایج این تحقیق نشان می دهد که افزودن پرمنگنات پتاسیم به الکترولیت آندایز منجر به ایجاد پوشش آندایز ضخیم تر، متراکم تر و با اندازه حفرات کوچکتر می شود. هم چنین بررسی های خوردگی نشان می دهد که استفاده از یون پرمنگنات، افزایش مقاومت به خوردگی پوشش آندایز را به همراه خواهد داشت. افزایش غلظت پرمنگنات در محلول آندایز، پوششی با مقاومت به خوردگی بالاتر را ایجاد می کند، بنحوی که میزان بهبود رفتار خوردگی پوشش در غلظت های 0.01 و 0.1 مولار به ترتیب 25% و 85% است.

با گسترش تکنولوژی در استفاده از مواد با ساختار بسیار کوچک دیگر آزمایش های فشاری و کششی متداول را نمی توان به آسانی برای اندازه گیری و تعیین خواص ویسکوالاستیک پذیرش خزشی (creep compliance) و یا مدول وارهیدگی (relaxation modulus) این گونه مواد مانند فیلم های نازک، توده های بسیار کوچک، مواد هدفمند جدید، نانو کامپوزیت ها و رویه ها و پوشش های نامتجانس بکار برد. با توجه به پیشرفت های اخیر در تحلیل فروروی تماسی پیکره های ویسکوالاستیک، تعیین دقیق مشخصه های خزشی و وارهیدگی جامدات ویسکوالاستیک با تکنیک فروروی نانو (nano indentation) امکان پذیر گردیده است. در این مقاله، پس از بیان روش های تعیین خواص الاستیک فیلم ها و لایه های پلیمری به ارایه یک رهیافت توانمند ریاضی بر اساس مکانیک تماس به منظور تعیین مستقیم خواص ویسکوالاستیک با استفاده از روش نوظهور فروروی نانو پرداخته می شود. در تحلیل های وارهیدگی از یک تاریخچه جابجایی نرخ ثابت و در تحلیل های خزش از یک تاریخچه بارگذاری نرخ ثابت استفاده گردیده است که خواص پلیمری با انطباق تیوری های مکانیک تماس ویسکو الاستیک در داده های بار - جابجایی به دست آمده اند. در تیوری های تماس ویسکوالاستیک از مدل جامع ماکسول (Maxwell) تعمیم یافته به منظور مدل سازی رفتار وارهیدگی و از مدل کلوین (Kelvin) تعمیم یافته برای مدل سازی رفتار خزشی فیلم های ویسکوالاستیک بهره گرفته شده است.

در سالهای اخیر چیتوسان به جهت زیست سازگاری و زیست تجزیه پذیری بسیار مورد توجه قرار گرفته است. غشاءهای چیتوسان با ضخامت 30 میکرومتر تهیه شدند و با استفاده از یون آرگون اصلاح گردیدند. غشاءها با استفاده از سه انرژی 15، 25 و 80 کیلو الکترون ولت و با شارهای 1015×1، 1015×3 و 1015×5 یون بر سانتیمترمربع بمباران شدند. تاثیرات بمباران یونی بر روی خواص پایه ای غشاءها مانند مورفولوژی، جریان آب نفوذکننده و آب دوستی بررسی شد. تصاویر میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) نشان داد که بمباران یونی ناهمواری سطح را افزایش می دهد، حال آنکه طیف بازتابندگی کلی تضعیف شده مادون قرمز (ATR-FTIR) افزایش در گروه های قطبی سطح را نشان داد که با کاهش زاویه تماس آب هماهنگی داشت. نتایج نشان دادند، بمباران یون آرگون می تواند آب دوستی سطح غشاء چیتوسان را به طور قابل ملاحظه ای بهبود دهد. علاوه بر این، غشاءهای چیتوسان پس از کاشت یون آرگون خاصیت ضد قارچی یافتند.

نانولوله های کربنی (CNTs) با استحکام مکانیکی بسیار بالا و ساختار لوله ای شکل منحصر به فرد، به عنوان موادی ایده آل جهت ساخت انواع کامپوزیت شناخته می شوند. در این پژوهش پوشش کامپوزیتی Ni-P-CNT با استفاده از روش الکترولس بر روی زمینه مسی رسوب داده شد و سختی پوشش حاصل با پوشش Ni-P در دو حالت پیش و پس از عملیات حرارتی مقایسه شد. مشخصه یابی پوشش به کمک آنالیز پراش پرتو ایکس (XRD)، آنالیز EDS و میکروسکوپ الکترونی روبشی صورت پذیرفت. رفتار سایشی پوشش ها با آزمون پین روی دیسک مورد ارزیابی قرار گرفت و ضریب اصطکاک پوشش ها نیز گزارش شدند. نتایج نشان می دهد که مشارکت CNT در پوشش کامپوزیتی مقاومت سایشی پوشش الکترولس را 7 برابر افزایش و ضریب اصطکاک آن را حدود 2 برابر کاهش می دهد. بهبود رفتار تریبولوژیکی پوشش کامپوزیتی Ni-P-CNT را می توان به استحکام مکانیکی و ساختار منحصر به فرد CNT نسبت داد.

در تحقیق حاضر ضخامت بهینه پوشش WC-Co پاشش شده به روش HVOF بر روی سطح غلتک پینچ رول نورد گرم به روش اجزای محدود بررسی شده است. وظیفه پینچ رول ورق گیری و هدایت ورق به طرف کویلرها است. محیط کاری این قطعات اسیدی است و در دما و رطوبت محیط کار می کنند. در اثر برخورد و حرکت ورق بر روی سطح این غلتک ها، سایش حاصل می شود. ابتدا شرایط بحرانی عملکرد پینچ رول تعیین گردید. نتایج نشان داد وضعیت کاری پینچ رول در لحظه ضربه و برخورد اولیه ورق به آن سخت تر از غلتش بعدی ورق بر روی سطح این غلتک است. همچنین ورق های سخت و نازک برای پینچ رول وضعیت بحرانی تری را ایجاد می کنند. پس از اعمال پوشش بر پینچ رول، تحلیل ها نشان داد تحت ضربه، پوشش دچار تغییر شکل و شکست می شود. در این حالت بهترین ضخامت برای پوشش حدود 600 میکرون حاصل شد که توزیع تنش برشی کمتری هم در سطح پوشش و هم در مرز پوشش با زیرلایه بوجود می آید.

نیتروژن دهی پلاسمایی موجب اصلاح لایه های سطحی و بهبود عمر مفید فولادهای قالب تزریق پلاستیک می شود. در این پژوهش نمونه هایی از جنس فولاد قالب تزریق پلاستیک 20P در سه دمای 450، 500 و 550 درجه سانتیگراد و چهار زمان 2.5، 5، 7.5 و 10 ساعت و ترکیب گاز  75%N2- 25%H2با استفاده از دستگاه نیتروژن دهی پلاسمایی پالسی جریان مستقیم در مقیاس نیمه صنعتی نیتروژن دهی شدند. بررسی متالوگرافی نمونه ها، توسط میکروسکوپ نوری و الکترونی روبشی و تشخیص فازهای تشکیل شده در سطح به وسیله آنالیز تفرق اشعه ایکس انجام شد. همچنین تغییرات ریزسختی از سطح به عمق نمونه ها اندازه گیری شد. نتایج نشان دهنده افزایش عمق و سختی لایه نیتریدی با افزایش پارامترهای دما و زمان نیتروژن دهی بود. مطابق با نتایج SEM در دماها و زمان های پایین، فصل مشترک لایه ترکیبی و منطقه نفوذی ناهموار و متشکل از تیغه های کاربونیتریدی بود که در جهت های مرجح رشد یافته بودند، اما با افزایش دما فصل مشترک هموارتر شد. نتایج آنالیز EDS از این منطقه نشان داد که در نیتروژن دهی پلاسمایی فولاد P20 نفوذ کربن به سمت سطح و نفوذ نیتروژن به سمت عمق روی داده است. مطابق با نتایج XRD فاز نیترید اپسیلن به عنوان فاز نیتریدی غالب در همه شرایط زمانی و دمایی انجام فرآیند تشکیل شده است.

یکی از موثرترین روش های جلوگیری از تخریب مواد در دماهای بالا، پوشش دهی آن ها است. خوردگی داغ یکی از عوامل اصلی تخریب این پوشش های مقاوم به حرارت (TBCs) است. ایجاد یک لایه میانی کامپوزیتی بین پوشش فلزی و پوشش سرامیکی باعث افزایش مقاومت به خوردگی داغ این پوشش ها می شود. در این تحقیق ابتدا دو نوع TBC:1) پوشش معمولی MCrAlY و (2 YSZ (Yttria-stabilized zirconia)  پوشش چند لایه MCrAlY و YSZ با تغییر درصد وزنی 100%YSZ, 50%YSZ+50%MCrAlY, 100%MCrAlY)) با روش پاشش پلاسمایی بر روی زیرلایه هایی از جنس سوپر آلیاژ پایه نیکل ایجاد شدند. جهت بررسی مقاومت به خوردگی داغ نمونه ها، آزمون های خوردگی داغ روی سطح این پوشش ها در نمک مذاب (55% وزنی V2O5 و 45% وزنی Na2SO4) در دمای 1050oC به مدت 20 ساعت انجام شد. ریزساختار، مورفولوژی، ترکیب شیمیایی سطح و سطح مقطع پوشش ها به وسیله میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) مجهز به EDS بررسی شد. جهت شناسایی ساختارهای کریستالی تشکیل شده و محصولات خوردگی داغ از آزمون پراش اشعه ایکس (XRD) استفاده شده است. بر اساس نتایج آزمایشات انجام شده، کاهش قابل ملاحظه محصولات مضر خوردگی داغ در نمونه های دارای TBC چند لایه نسبت به TBC معمولی به دلیل تشکیل فازهای AlVO4 و CrVO4 در این نمونه ها نشان دهنده افزایش قابل توجه مقاومت به خوردگی داغ است.

پوشش های سد حرارتی (TBCs) پایه زیرکنیایی به طور گسترده ای جهت حفاظت و عایق سازی حرارتی قطعات فلزی مقاطع داغ موتورهای توربینی گازی، مورد استفاده قرار می گیرند. از این رو، هدایت حرارتی پایین از مهم ترین ویژگی های این پوشش ها به شمار می رود. هدف از این پژوهش، بررسی تاثیر ریزساختار و نوع پایدارکننده بر ظرفیت عایق سازی حرارتی پوشش های سد حرارتی پایه زیرکنیایی است. برای این منظور، سه نوع پوشش زیرکنیای پایدار شده با ایتریا (YSZ) متداول، زیرکنیای پایدار شده با سریا و ایتریا (CYSZ) متداول و زیرکنیای پایدار شده با ایتریا نانوساختار، روی زیرلایه اینکونل 738 پوشیده شده با آستری NiCoCrAlY، به کمک فرآیند پاشش پلاسمایی اتمسفری (APS) رسوب داده شد. مشخصه یابی ریزساختاری و فازی نمونه ها به کمک میکروسکپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (FESEM) و پراش سنج پرتو ایکس (XRD) انجام گرفت. نتایج نشان داد که استفاده از پایدارکننده سریا و نیز ایجاد ساختار نانو در پوشش، ظرفیت عایق سازی حرارتی پوشش های سد حرارتی پایه زیرکنیایی را بهبود می بخشد.