علوم و مهندسی سطح
سال:1389 | دوره:- | شماره:9 |تعداد مقالات:10

لایه های نازک و پودرهای نانوکریستالی و مزومتخلخل دوتایی TiO2-Er2O3 با نسبتهای مولی مختلف TiO2:Er2O3 با استفاده از فرایند سل- ژل تهیه شدند. آنالیزهای XRD و FTIR نشان داد که فاز ثانویه اکسید اربیم در گستره 100-50 درصد مولی از Er2O3 تشکیل شد، در حالیکه فاز دی تیتانات اربیم در رنج 100-25 درصد مولی از Er2O3 بوجود آمد. فازهای اکسید تیتانیم حاوی جای خالی اکسیژن نظیر Ti7O13 و Ti2O3 نیز برای سیستم حاوی TiO2:Er2O3 بانسبت مولی (TE13) 75:25 در دمای 800oC مشاهده شد. همچنین دریافته شد که اکسید اربیم سبب کند شدن استحاله فازی آناتاز به روتیل شد. آنالیز TEM مشخص نمود که فرایند کریستالیزاسیون و رشد کریستالها در اثر افزودن اکسید اربیم به دی اکسید تیتانیم کاهش یافت. آنالیز AFM تایید کرد که سیستم حاوی TiO2:Er2O3 بانسبت مولی  (TE31) 25:75 در دمای600oC  دارای کوچکترین اندازه دانه، 17 نانومتر، و بیشترین زبری بود. همچنین سیستم حاوی TiO2:Er2O3 با نسبت مولی یکسان پس از عملیات حرارتی در دمای 800ºC کوچکترین اندازه دانه، 32 نانومتر، و بیشترین زبری را داشت. خواص حسگری گاز لایه دی اکسید تیتانیم به گازهای CO و NO2 با افزودن اکسید اربیم بهبود قابل ملاحظه ای یافت، بطوریکه پاسخی پایدار، قابل اعتماد و قابل تولید مجدد با بزرگی بالا همراه با زمان های پاسخ و بازیابی کم بدست آمد. علاوه بر اینکه دمای کاری حسگر نیز به میزان قابل توجهی تا 200ºC کاهش یافت که کاربرد اقتصادی آن را مقرون به صرفه می کند.

در این پژوهش، پوششهای الکترولس Ni-P بر روی زیرلایه Al5083 ایجاد شدند و تاثیر زمان پوشش دهی بر روی مورفولوژی، درصد فسفر و رفتار خوردگی این پوشش ها مورد بررسی قرار گرفت. با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) در زمان های مختلف پوشش دهی، مورفولوژی سطوح و همچنین ضخامت و یکنواختی پوشش بررسی و مقایسه گردید. مشخص شد که مورفولوژی سطح همه پوششها، یک ساختار کروی به همراه یک ساختار گل کلمی شکل را نشان می دهند. مقاومت به خوردگی پوششها در محلول 3/5 wt.% NaCl توسط روشهای پلاریزاسیون پتانسیودینامیک و امپدانس الکتروشیمیایی (EIS) مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که با افزایش ضخامت روکش، بر میزان تخلخل کاسته شده،ضخامت پوشش زیاد گردیده و مقاومت به خوردگی افزایش می یابد. همچنین مقاومت به خوردگی پوششهای ایجاد شده روی سطح صاف در مقایسه با سطح زبر، بیشتر می باشد چرا که با افزایش زبری سطح زیرلایه، عیوب و تخلخل پوشش افزایش می یابد. 

اکسیداسیون پلاسمای الکترولیتی (PEO) یک عملیات الکتروشیمیایی همراه با پلاسما می باشد که می تواند به منظور تبدیل سطوح بعضی فلزات به یک لایه سرامیکی اکسیدی به کار رود. در این عملیات، میکروتخلیه های ایجاد شده در محلول آبی موجب یونیزه شدن گاز تشکیل شده در مجاورت سطح الکترود می شود و به دلیل برهمکنش شیمیایی پلاسما بر روی سطح فلز ترکیبات پیچیده ای تولید می شود. در این تحقیق، اثر و مکانیزم تاثیرگذاری سود بر ریز ساختار و ضخامت پوشش های سرامیکی سیلیسی- آلومینایی تولید شده روی آلومینیم به روش پلاسمای الکترولیتی مورد بررسی قرار گرفت. مورفولوژی، پروفیل خشنی سطح و آنالیز عنصری پوشش توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) مجهز به اسپکتروسکوپی انرژی اشعه ایکس (EDS) و آنالیز فاز های تشکیل شده توسط پراش اشعه ایکس (XRD) مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که افزایش غلظت سود موجب کاهش ضخامت پوشش و افزایش میکروترک های پوشش می شود. نتایج پروفیل های خشنی سطح که به صورت میانگین خشنی سطح (Ra) ارزیابی شد نشان داد با افزایش غلظت سود، میانگین خشنی از 73/0 میکرون به 08/1 میکرون در غلظت 20g/l سود افزایش یافت اما در غلظت های بالاتر سود، این کمیت کاهش یافت. نتایج آنالیز فازی، کاهش فازهای سیلیسی و افزایش میزان فازهای آمورف را در الکترولیت های غلیظ تر نشان داد. همچنین بررسی سطح مقطع پوشش بیانگر کاهش تخلخل پوشش و افزایش یکنواختی توزیع عناصر در سطح مقطع پوشش با افزایش غلظت سود بود.

در این پژوهش به بررسی تاثیر افزایش فاز تقویت کننده بر خواص سایشی کامپوزیت فروتیک با زمینه چدنی و فولادی و مقایسه آنها پرداخته شده است. سنتز کامپوزیت زمینه فولادی و چدنی به صورت درجا و با افزودن مقادیر مختلف فلز تیتانیم خالص تجارتی و گرافیت (به نسبت وزنی 4 به 1) برای ایجاد درصدهای وزنی مختلف کاربید تیتانیم انجام گرفت. از میکروسکوپ الکترونی روبشی و نوری برای انجام مطالعات ریزساختاری استفاده گردید. آزمایش سایش به روش پین روی دیسک و سختی سنجی جهت ارزیابی خواص نمونه ها انجام شد. نتایج آزمایشها نشان داد که در کامپوزیتهای زمینه چدنی (چدن سفیدپرکروم) تا مقدار حدود 6 درصد حجمی در حالت ریختگی و سردایش شده، افزایش کسر حجمی کاربید تیتانیم سبب افزایش مقاومت به سایش می شود. در کامپوزیتهای زمینه فولادی در تمام در صدها مقاومت سایشی با افزایش کسر حجمی کاربید تیتانیم افزایش یافته است. سردایش کامپوزیتهای زمینه فولادی و چدنی در نمونه های حاوی کمتر از  6درصد حجمی از فاز دوم باعث افزایش مقاومت سایشی شده است.

در این مقاله به بررسی ساختار میکروسکوپی، فازشناسی و سختی روکشی از استلایت 6 برسطح فولاد ساده کربنی بدون حضور و با حضور لایه میانی مارتنزیتی و آستنیتی پرداخته شده است. جهت روکش کاری از روش جوشکاری قوسی تنگستن- گاز (GTAW) استفاده شد. نمونه ها توسط آزمونهای متالوگرافی نوری، میکروسکوپ الکترونی مجهز به طیف سنجی انرژی (EDS)، پراش پرتو ایکس (XRD) و سختی سنجی مورد بررسی قرار گرفتند. یافته های پژوهش نشان داد که ساختار پوشش متشکل از فازهای کاربید کروم ریز بود که به صورت رسوب در بین دندریتها توزیع شدهاند. با افزایش تعداد پاسهای استلایت و حضور لایه میانی، میزان رقت آهن در پوشش کاهش و سختی افزایش یافت. رقت آهن در روکش باعث کاهش سختی، مقاومت به سایش و خوردگی می شود. در اثر اعمال لایه میانی رقت آهن در پوشش کاهش یافته است و سختی افزایش مییابد.

نیتروژن دهی پلاسمایی یکی از روش های مورد استفاده برای بهبود رفتار سایشی و خواص مکانیکی مواد به خصوص آلیاژ های پایه آهن است. در این تحقیق نمونه های فولاد گرم کار  H11 AISI در شرایط مختلف دما، زمان و ترکیب اتمسفر مورد عملیات نیتروژن دهی پلاسمایی پالسی قرار گرفته و تاثیر عوامل فرآیند بر مورفولوژی و سختی لایه های نیتریدی با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی، پراش اشعه ایکس و ریز سختی سنجی بررسی شد. نتایج نشان داد که در زمان های طولانی نیتراسیون، ضمن افزایش عمق نفوذ نیتروژن، اندازه رسوبات نیتریدی تشکیل شده در سطح افزایش می یابد و این امر باعث کاهش چگالی رسوب ها و در نتیجه کاهش سختی سطح نمونه می گردد. با افزایش درصد نیتروژن در ترکیب اتمسفر سختی سطحی به علت افزایش مقدار فاز ε در سطح، افزایش می یابد ولی با افزایش دما و زمان نیتروژن دهی میزان فاز ε کاهش یافته و در مقابل مقدار فازg’ افزایش می یابد که باعث کاهش سختی سطح می شود.

بیو مواد فلزی طی سالها برای درمان بیماری های استخوان و مفاصل استفاده شده است. فولاد زنگ نزن 316 ال به خاطر قیمت ارزان تر مورد توجه بوده ولی مقاومت به خوردگی کمتر آن سبب ظهور مشکلاتی در بدن شده است. در پ‍ژوهش حاضر، تلاش شده که با طراحی و ایجاد پوشش نوین کامپوزیتی هیدروکسی آپاتیت- نیوبیوم و بررسی تاثیر شدت جریان های متفاوت الکتریکی پاشش، بر روی خواص پوشش و رفتار خوردگی فولاد زنگ نزن، ایده ال ترین شرایط پاشش پلاسمایی جهت بهبود مورفولوژی پوشش و خواص خوردگی فولاد زنگ نزن 316 ال به دست آید. پوشش کامپوزیتی هیدروکسی آپاتیت- نیوبیوم با تکنیک پاشش پلاسمایی با استفاده از شدت جریان های متفاوت الکتریکی پاشش تهیه شد. به منظور حذف فازهای نامطلوب و افزایش بلورینگی پوشش ایجاد شده در شرایط پاشش بهینه، از عملیات حرارتی در دو اتمسفر گاز آرگون و محیط مرطوب استفاده شد. مشخصه یابی و ارزیابی پوشش با روش پراش پرتو ایکس و میکروسکوپ الکترونی روبشی بعمل آمد. رفتار خوردگی نمونه های بدون پوشش و نمونه های پوشش داده شده در شدت جریان الکتریکی متفاوت با اجرای آزمون های الکتروشیمیایی در دمای 37 درجه سانتیگراد و در محلول رینگر مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که شدت جریان بهینه پاشش الکتریکی پوشش نوین هیدروکسی آپاتیت- نیوبیوم 600 آمپر می باشد به گونه ای که در این شدت جریان چگالی جریان خوردگی فولاد زنگ نزن به nA/Cm2  120 کاهش پیدا کرد و مورفولو‍ژی سطح فاقد میکرو ترک و حفره بود. علاوه بر این نتایج عملیات حرارتی در دمای 600 درجه سانتیگراد و در محیط مرطوب حاکی ازحذف فاز تری کلسیم فسفات در پوشش ایجاد شده در این شدت جریان می باشد.

در این مقاله اثر اسپاترینگ روی ترکیب سطح شبه بلور Al-Pd-Mn با استفاده از یونهای هلیوم ”He+“ با انرژی  2KeV مورد مطالعه قرار گرفته است. معلوم شده است که تحت بمباران غلظت Al در سطح،  تا رسیدن به یک حالت پایا به آهستگی کاهش می یابد و غلظت های Mn و Pd افزایش می یابند. سپس سطح غنی شده از Mn حرارت داده شده و مشخص شده که در درجه حرارت های بالاتر از 575K هیچ Mn روی سطح وجود ندارد. درپایان، تغییرات نسبت غلظت سطحی  با درجه حرارت اندازه گیری شده است.

چگونگی توزیع اصطکاک و فشار تماسی در برهمکنش سامانه های مکانیکی دارای نقش کلیدی بر منظر تریبولوژیکی (tribological) این سامانه ها می باشد. تماس در پیکره های تغییرشکل پذیر به طور کلی یک پدیده غیرخطی و در پیکره های ویسکوالاستیک نیز یک پدیده وابسته به زمان می باشد. معرفی پدیده اصطکاک به عنوان یک پارامتر بازگشت ناپذیر در سطح میانجی سامانه های برهمکنشی، مساله تماس را از نظر فرمول بندی محاسباتی پیچیده تر نیز می سازد. در این پژوهش به توسعه یک فرمول بندی المان های محدود کلی بر اساس یک رهیافت بهینه سازی لاگرانژ الحاقی (augmented Lagrangian optimization) به منظور تحلیل رفتار تماس اصطکاکی در سطوح سامانه های ویسکوالاستیک پرداخته می شود. بر اساس شرایط سینماتیکی و هندسی اجزای در حال تماس یک رهیافت لاگرانژ الحاقی بهبود یافته از مکانیک تماس محاسباتی اجرا شده است. به منظور فرمول بندی معادلات متشکله سامانه های ویسکوالاستیک نیز از یک مدل ماکسول تعمیم یافته در قالب دو تابع وارهیدگی کلی در شرایط اتساع و برش (shear and dilatation relaxation) بهره گرفته شده است. سپس با استفاده از اعمال اصل کار مجازی، یک فرمول بندی موثر المان های محدود با یک فرآیند وارهیدگی نموی در معادلات متشکله و در برگیرنده قیود تماس حاصل شده است. یک مثال عددی به منظور ارزیابی فرمول بندی ارایه شده در انتها ارایه شده است.