علوم و مهندسی سطح
سال:1395 | دوره:12 | شماره:29 |تعداد مقالات:10

یکی از روشهای مدرن برای گندزدایی آب استفاده از نانوفناوری می باشد. مشکل اصلی در استفاده از این فناوری جهت گندزدایی آب، در دسترس بودن تولیدکنندگانی است که بتوانند مقادیر فراوانی از نانومواد را با قیمت مناسب و کیفیت مطلوب تامین کنند. برای تحقق این امر، تحقیق حاضر روشی ساده و ارزان را ارائه می کند. بدین منظور، نانوکامپوزیتهای دی اکسیدتیتانیوم/ بنتونیت از طریق قراردادن بنتونیت در دی اکسیدتیتانیوم در دماهای 500، 600 و 700oC بمدت 30 و 60 دقیقه تهیه شدند. برای سنتز این نانوکامپوزیت از هیچ عامل احیا کننده و یا ماده شیمیایی به غیر از دی اکسیدتیتانیوم استفاده نشد. نانوکامپوزیت دی اکسیدتیتانیوم/ بنتونیت ساخته شده توسط میکروسکوپ الکترونی، اسپکتروفتومتر، تفرق اشعه ایکس و طیف نگاری فلوئورسانس اشعه ایکسمورد ارزیابی قرار گرفتند. با روش ارائه شده در این تحقیق سنتز نانوذرات با اندازه تقریبا یکنواحت حدود 96.7-99.6 نانومتر و تثبیت همزمان آنها بر روی پایه بنتونیتی در زمانی کمتر از 60 دقیقه میسر شد. آنالیز تفرق اشعه ایکس نشانگر این موضوع بود که نانوذرات دی اکسیدتیتانیوم سنتز شده دارای فاز آناتاز می باشد. بررسی خواص ضدمیکروبی این نانوکامپوزیت نشانگر توانایی بازدارندگی رشد آنها بر ضد باکتری اشرشیا کلی و استافیلو کوکوس اورئوس بود.

در این تحقیق به وسیله دستگاه پوشش دهی چرخشی روی زیرلایه پلی (متیل متاکریلات)، پلیمر رسانای پلی (4، 3-اتیلن دی اکسی تیوفن) از مونومر 3، 4- اتیلن دی اکسی تیوفن به روش پلیمری شدن درجا، سنتز شد. در ادامه اثر پارامترهای دمای پخت، زمان پخت و سرعت پوشش دهی، بر ویژگی های ساختاری، نوری، الکتریکی و مکانیکی این پوشش موردبررسی قرار گرفت. برای این منظور از طیف سنجی تبدیل فوریه-مادون قرمز (FT-IR)، طیف سنجی ماوراءبنفش-مرئی (UV-Vis)، اندازه گیری مقاومت الکتریکی و آزمون تپ استفاده شد. نتایج نشان داد که یک سطح با مقاومت الکتریکی 61.38 کیلو اهم، با شفافیت خوب و چسبندگی مطلوب برای کاربردهای ضد الکتریسیته ساکن به دست آمده است. همچنین این داده ها نشان می دهد مقاومت این پوشش های پلیمری از مقاومت 108 اهم کمتر است. از آنجا که کاهش مقاومت الکتریکی پلیمر تا 108 اهم و کمتر از این مقدار می تواند تجمع الکتریسیته ساکن در سطح پلیمر را کاهش دهد، بنابراین پوشش پلیمری ایجاد شده روی زیر لایه پلی(متیل متاکریلات)، توانایی کاهش تجمع الکتریسیته ساکن را دارد.

در این پژوهش با استفاده از فرایند آبکاری الکترولس نیکل فسفر، سطح ذرات پودر کاربیدتنگستن پوشش دهی شد و تاثیر غلظت پودر اضافه شده در حمام و عملیات اسیدشویی بر درصد نیکل پودر پس از فرایند الکترولس مورد بررسی قرار گرفت. درصد عناصر در نمونه های مختلف توسط آزمون طیف سنج فلورسانس پرتوی ایکس به دست آمد. به منظور بررسی تاثیر غلظت پودر اضافه شده، پودر کاربیدتنگستن اسیدشویی شده با غلظت های 20 و 40 g/lit به حمام الکترولس اضافه شد و در این نمونه ها درصد نیکل به ترتیب برابر 14.1 و %7.5 به دست آمد. برای بررسی تاثیر عملیات اسیدشویی، پودر کاربیدتنگستن با غلظت 20 g/lit یک بار با عملیات اسیدشویی و یک بار بدون عملیات اسیدشویی به محلول الکترولس افزوده شد. مشاهده شد با انجام عملیات اسیدشویی درصد نیکل حدود %27 افزایش پیدا کرد. برای محاسبه تقریبی ضخامت لایه الکترولس رابطه ای به دست آمد که با استفاده از آن ضخامت لایه الکترولس برای پودر های E20، E20P و E40P به ترتیب برابر 0.08، 1.1 و 0.05 mm به دست آمد. در الگوی پراش پرتوی ایکس پودر کاربیدتنگستن پس از فرایند الکترولس، پیک های W2C ظاهر شدند که دلیل آن را می توان نفوذ هیدروژن فرایند الکترولس در عیوب ساختاری برشمرد.

هدف از این پژوهش بررسی دو پوشش دانه ریز از فولاد زنگ نزن AISI 304 ایجاد شده بر زیرلایه فولاد کربنی به دو روش رسوب فیزیکی بخار، یعنی پراکنش مغناطیسی و قوس کاتدی است. پوشش ها از نظر ساختار، سختی و چسبندگی با هم مقایسه شده اند. در روش قوس از توان زیاد 3300 وات بر سطح ماده هدف و در روش پراکنشی از گاز آرگون با فشار 105 پاسکال برای تبخیر اتم ها استفاده شد. به منظور مقایسه دو پوشش در هر دو روش از دمای زیرلایه 300±50 درجه سانتی گراد، ولتاژ بایاس زیرلایه 250±50 ولت و زمان پوشش دهی 50 دقیقه استفاده شد. آنالیز XRD و EDS و تصاویر SEM و FE-SEM به منظور مشخصه یابی پوشش ها و آزمون نانوفرورونده و آزمون فرورونده ویکرز برای بررسی سختی و چسبندگی پوشش ها به کار گرفته شدند. نتایج آنالیز EDS نشان داد که اگرچه ترکیب پوشش ایجاد شده به روش پراکنشی بسیار نزدیک به ترکیب ماده هدف بود ولی در سیستم قوس اختلاف ترکیب زیادی با ماده هدف مشاهده شد. آزمون نانوفرورونده نشان داد، با توجه به ساختار نانوبلوری پوشش پراکنشی، سختی این پوشش تا حدود 890 ویکرز افزایش یافت که بسیاربیش تر از سختی پوشش قوس (حدود 260 ویکرز) و فولاد زنگ نزن 304 (حدود 220 ویکرز) است. با این وجود چسبندگی پوشش پراکنشی به دلیل وجود ترک های بیش تر در لبه ها و هم چنین کندگی پوشش، نسبت به پوشش قوس ضعیف تر ارزیابی شد.

در این مقاله، آلیاژ منیزیم AZ31 پاشش حرارتی شده با پودر پیش نشست WC-10%Co-4%Cr پس از ذوب سطحی توسط لیزر پالسی Nd:YAG به منظور افزایش مقاومت به خوردگی مورد بررسی قرار گرفت. ترکیب شیمیایی، فاز و میکروساختار لایه کامپوزیتی ایجادشده تحت این فرآیند به وسیله میکروسکوپ الکترونی روبشی مجهز به طیف سنج انرژی پرتو ایکس و پراش سنج پرتو ایکس بررسی شدند. بعد از فرآیند لیزر ترکیبات بین فلزی مختلفی از جمله Cr2O3، W2C در لایه کامپوزیتی، شناسایی شد. این لایه به طور عمده حاوی ذرات کاربید تنگستن، کروم و کبالت پخش شده در زمینه منیزیمی بود. در این مقاله، علاوه بر بررسی خواص خوردگی، بررسی سختی لایه حاصل از فرآیند لیزر توسط دستگاه میکروسختی سنج نشان داد سختی آلیاژ منیزیم AZ31 از حدود 50±5 ویکرز برای آلیاژ پایه به حدود 200±10 ویکرز برای لایه حاصل از فرآیند لیزر افزایش یافته است. بررسی رفتار خوردگی نمونه تحت فرآیند لیزر و مقایسه آن با آلیاژ پایه به وسیله آزمون پلاریزاسیون تافل در محلول 3.5 درصد کلرید سدیم انجام شد و با تعیین متغیرهای به دست آمده از منحنی های پلاریزاسیون و مقایسه آن ها به آلیاژ پایه مشخص شد میزان مقاومت به خوردگی نمونه تحت فرآیند لیزر با پودر پیش نشست WC-Co-Cr به میزان سه برابر نسبت به آلیاژ پایه افزایش یافته است.

اثر افزودن آلومینیم بر رفتار تریبولوژیکی فولاد هادفیلد در شرایط سایش آرام مورد ارزیابی قرار گرفت. به این منظور از آزمون سایش پین روی صفحه روی آلیاژهایی از فولاد هادفیلد با سه مقدار اسمی 0، 1.5 و 3 درصد وزنی آلومینیم استفاده شد. عملیات ذوب و ریخته گری با استفاده از کوره القایی تحت اتمسفر آرگون و قالب سرامیکی زیرکونیایی انجام شد. آزمایش سایش با استفاده از سنگ ساینده به عنوان سایا انجام شد و تغییرات ضریب اصطکاک و مقدار کاهش جرم بر حسب طول مسیر سایش ارزیابی شد. از آزمون های کشش، ضربه و سختی سنجی ویکرز برای ارزیابی خواص مکانیکی استفاده شد. همچنین مطالعات میکروسکپی روی نمونه های تغییرشکل یافته، سطوح سایش و ذرات سایش با استفاده از میکروسکپ های نوری و الکترونی روبشی انجام شد. نتایج نشان داد که در شرایط سایش لغزشی آرام، کارسخت شدن سطح فولاد هادفیلد به اندازه ای نیست که مقاومت به سایش مناسبی حاصل شود. افزودن سه درصد وزنی آلومینیم، استحکام تسلیم را از 415MPa به 470MPa و سختی را از 190 به 215 ویکرز افزایش داد. عمق لایه کارسخت شده در برابر نیروهای سایش از 100mm به 200mm و میزان سختی سطح ساییده شده از 340 ویکرز به 365 ویکرز افزایش یافت. بنابراین نرخ کاهش جرم از 0.15 mg/m به 0.11 mg/m کاهش و مقاومت به سایش تا حدود 70 درصد بهبود یافت.

رشد نانوساختارها را در شبکه الماسی تحت زاویه مایل با روش مونت کارلو و تولید اعداد تصادفی شبیه سازی نمودیم. مرحله هسته بندی به دو صورت مربعی و مثلثی انجام شد. در مرحله هسته بندی، برهم کنش ذرات ابتدا مطابق پتانسیل لنارد جونز و سپس پتانسیل سه ذره ای ترسف انتخاب گردید. همچنین ساختار شبکه در رشد حجمی نیز الماسی در نظر گرفته شد. با تغییر پتانسیل از لنارد جونز به ترسف مقادیر ناهمواری سطح در هر دو هسته بندی مربعی و مثلثی کاهش یافت. اثر زاویه فرودی بر روی رشد به وسیله تراکم بسته بندی و ناهمواری سطح بررسی گردید. نتایج امان نشان داد با افزایش زاویه فرود، تراکم بسته بندی کاهش و مقدار ناهمواری سطح افزایش یافت.

هدف از این پژوهش ایجاد روکش کامپوزیتی با زمینه آلیاژ پایه کبالت استلایت 6 بر فولاد ساده کربنی و بررسی نقش ذرات تقویت کننده کاربید بور بر ریزساختار، سختی و رفتار سایشی روکش حاصل بوده است. به این منظور ابتدا خمیر پیش نشستی از پودر کاربید بور با نسبت های وزنی مختلف بر سطح زیرلایه فولادی ایجاد و سپس توسط فرایند جوشکاری GTAW با فیلر استلایت 6 ذوب سطحی گردید. پس از روکش کاری جهت مطالعه ریز ساختاری از میکروسکوپ نوری و الکترونی روبشی (SEM) مجهز به میکرو آنالیز شیمیایی (EDS) و فازشناسی از آزمون پراش پرتو ایکس(XRD) کمک گرفته شد. همچنین جهت ارزیابی سختی و رفتار سایشی به ترتیب از ریزسختی سنج ویکرز و آزمون پین روی دیسک استفاده شد. نتایج نشان داد که ریزساختار روکش ها عمدتا شامل فاز زمینه غنی از کبالت l، کاربیدهای یوتکتیکی غنی از کروم Cr7C3 و Cr23C6، مربوط به آلیاژ زمینه استلایت 6 و فازهای ثانویه مانند CoB2، CrB2، WC و W2B ناشی از واکنش B و C حاصل از تجزیه B4C با عناصر دیگر موجود در روکش میباشد. با افزایش مقدار B4C در روکش دندریت ها ریزتر شده و میزان فاز های بین دندریتی افزایش یافت، همچنین روکش های کامپوزیتی سختی بالاتری نسبت به روکش خالص استلایت 6 نشان دادند. مکانیزم سایش روکش های کامپوزیتی Stellite6/B4C از نوع سایش ورقه ای بود و روکش کامپوزیتی Stellite6-20%B4C کمترین کاهش وزن را از خود نشان داد.

در این پژوهش، بهبود خواص فرسایشی فولاد زنگ نزن آستنیتی 316AISI توسط ایجاد لایه نانوساختار نیترید تیتانیم (TiN) به روش DC- PACVD مورد بررسی قرار گرفت. برای این منظور، پوشش TiN، در سه دمای 470، 490 و 510oC، و فرکانس 10 KHz، در چرخه کاری ثابت 33% ایجاد شد. میکروساختار، سختی و خواص فرسایش پوشش ها به ترتیب بوسیله میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی و پراش پرتو ایکس، میکروسختی و آزمون فرسایش حفره زایی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که با افزایش دمای پوشش دهی از 470 تا 510oC اندازه دانه پوشش بدلیل افزایش انرژی اتم ها و کاهش درصد کلر از 12 به 47 نانومتر افزایش می یابد. با انجام آزمون فرسایش برای نمونه های پوشش دهی شده در دماهای مختلف، مشخص گردید که با کاهش دمای لایه نشانی خواص فرسایشی پوشش بهبود یافته و پوشش ایجاد شده در دمای 470oC دارای بهترین خواص فرسایشی می باشد که ناشی از چسبندگی بهتر پوشش و اندازه دانه کمتر آن است.