علوم و مهندسی سطح
سال:1391 | دوره:- | شماره:13 |تعداد مقالات:10

هدف از پژوهش حاضر ارزیابی و مقایسه مشخصه های ساختار سطحی آلیاژ Ti 6Al 4V پس از انجام دو فرآیند مهندسی سطح شامل فرآیند نیتروژن دهی پلاسمایی و فرآیند دوتایی نیتروژن دهی پلاسمایی و لایه نشانی نیترید تیتانیم به وسیله رسوب فیزیکی از فاز بخار است. عملیات نیتروژن دهی پلاسمایی در دماهای 700، 750، 800 و 850oC به مدت 10 ساعت با ترکیب گاز نیتروژن و هیدروژن با نسبت 4 به 1 انجام شد. جهت انجام فرآیند دوتایی، لایه TiN به روش رسوب فیزیکی بخار به کمک پلاسمای قوس کاتدی، روی سطح نمونه های نیتروژن دهی پلاسمایی شده، نشانده شد. مشخصه یابی ساختار سطح و مقطع نمونه ها توسط میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، طیف سنج تفکیک کننده انرژی (EDS)، پراش سنج پرتو ایکس (XRD) و سختی سنج ویکرز انجام شد. در حالی که لایه نشانی نیترید تیتانیم به تنهایی منجر به تشکیل فاز d-TIN شـده، نیتروژن دهی پلاسـمایی آلیاژ Ti 6Al 4V، باعث ایجـاد لایه ترکیبی، شامل فـازهای d-TIN و e-TI2N، ناحیه غنی از آلومینیم و ناحیه نفوذی حاصل از نفوذ نیتروژن و تشکیل محلول جامد بین نشین، شده است. الگوهای پراش پرتو ایکس مربوط به فرآیند دوتایی نشان دهنده حضور هم زمان پیک های متعلق به فازهای تشکیل شده در اثر هر دو فرآیند است. هرچند ساختارهای حاصل از هرکدام از دو فرآیند به تنهایی سختی سطح را افزایش داده است، سختی سطح خارجی در شرایط پوشش دوتایی در مقایسه با نمونه های نیتروژن دهی پلاسمایی شده به طور قابل توجهی افزایش یافته است. فصل مشترک ممزوج شده لایه TiN (حاصل از فرآیند PVD) با لایه ترکیبی (حاصل از نیتروژن دهی پلاسمایی) نقش مهمی در کارایی پوشش دوتایی داشته است. با افزایش دمای نیتروژن دهی پلاسمایی نه تنها نرخ تشکیل لایه TiN ایجاد شده با روش رسوب فیزیکی بخار افزایش یافته، بلکه پیوستگی لایه TiN به لایه ترکیبی نیز بهبود یافته است.

هدف از تحقیق حاضر بررسی تاثیر افزایش مدت زمان رسوب دهی و در نتیجه افزایش ضخامت بر خواص لایه های نازک تیتانیم ایجاد شده روی زیرلایه فولاد زنگ نزن 316L با استفاده از روش رسوب دهی فیزیکی بخار (PVD) است. به این منظور، عملیات رسوب دهی در مدت زمان های مختلف 5، 10، 15 و 20 دقیقه انجام شد تا لایه هایی با ضخامت های مختلف ایجاد شود. سپس ضخامت لایه های نازک تیتانیم با استفاده از دستگاه پروفیل سنج اندازه گیری و ترکیب شیمیایی آنها توسط روش توزیع انرژی پرتو X ((EDX تعیین شد. همچنین مورفولوژی لایه ها با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (FESEM) و توپوگرافی آنها توسط میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) بررسی شد. ساختار لایه های نازک تیتانیم نیز با استفاده از روش پراش پرتو X ((XRD تعیین و استحکام چسبندگی آنها به زیرلایه توسط آزمون کیفی Heat & Quench بررسی شد. نتایج حاصل از این آزمون ها نشان داد که با افزایش مدت زمان رسوب دهی، ضخامت لایه های نازک تیتانیم از حداقل 88 nm به حداکثر 298 nm افزایش می یابد. همچنین اندازه دانه میانگین تیتانیم از حداقل12 nm  به حداکثر 65 nm افزایش یافته و ساختار متراکم تر و یکنواخت تر می شود. مقدار زبری میانگین سطح لایه های نازک تیتانیم نیز از حداقل2.108 nm  به حداکثر3.767 nm  افزایش می یابد. به علاوه لایه های نازک تیتانیم دارای جهت ترجیحی (002) هستند و استحکام چسبندگی خوبی را به زیرلایه نشان می دهند.

در این پژوهش پودر هیدروکسی آپاتیت بعنوان یک سرامیک زیستی به روش الکتروفورتیک بر روی آلیاژ حافظه دار نیکل- تیتانیم پوشش داده شد. محلول سوسپانسیون مورد استفاده n– بوتانول و تری اتانول آمین بود. عملیات رسوبگذاری در ولتاژهای مختلف 20، 30 و 40 ولت در زمانهای متفاوت 1 تا 5 دقیقه در ولتاژ ثابت بر روی کاتد انجام گرفت. پس از رسوبگذاری به منظور خشک کردن آهسته، نمونه ها در دمای اتاق به مدت 24 ساعت قرار گرفتند. پس از آن وزن و ضخامت پوشش ها اندازه گیری شد. سپس عملیات تف جوشی نمونه ها به مدت 2 ساعت در کوره تحت اتمسفر آرگون در دمای oC800 انجام شد. از تفرق اشعه ایکس (XRD) جهت شناسایی فازها و از SEM برای بررسی های ریزساختاری و مورفولوژیکی پوشش ها استفاده شد. ترکیب شیمیایی پوشش نیز با استفاده از آنالیز تفکیک انرژی (EDX) بررسی شد. نتایج نشان می دهد که در ولتاژ 30 ولت و زمانهای پایین تر پس از تف جوشی، می توان به یک پوشش پیوسته، یکنواخت و بدون ترک رسید. همچنین با افزایش زمان رسوبگذاری، وزن و ضخامت نمونه ها افرایش یافته است. روش ارایه شده در این تحقیق می تواند بعنوان یک روش جایگزین برای پوششهای زیست فعال در مقایسه با سایر روش های رسوبگذاری مانند پوشش دهی سل- ژل و پلاسما باشد.

هدف از تحقیق حاضر مقایسه پوشش های اسپری حرارتی کاربید تنگستن-کبالت و کاربید تنگستن-آلومیناید آهن است. از این رو پودرهای کامپوزیتی WC-12wt% Co و WC-12wt% FeAl به روش اسپری حرارتی HVOF روی زیر لایه فولادی پوشش داده شدند. این پوشش ها از نظر میکروساختار، ترکیبات فازی و سختی مورد بررسی قرار گرفتند. تصاویر تهیه شده توسط میکروسکوپ نوری میزان تخلخل کمتر از %1 برای هر دو پوشش نشان داد. بررسی های انجام شده توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی نشان می دهد که میکروساختار هر دو پوشش متشکل از ذرات روشن کاربید تنگستن در میان زمینه ای به رنگ تیره است. با توجه به تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی و میکروسکوپ نوری، می توان نتیجه گرفت که سرعت بالای ذرات در هنگام برخورد سبب ایجاد پوششی چگال شده است و مرزی بدون عیب، بین ذرات جداگانه نشست داده شده بدست آمده است. نتایج حاصل از میکروسختی پوشش ها نشان می دهد که پوشش WC-FeAl سختی بالاتری نسبت به پوشش WC-Co دارد که علت آن می تواند سختی بالاتر آلومیناید آهن در مقایسه با کبالت باشد.

در این تحقیق پوشش کرم از حمام استاندارد آبکاری کرم در شرایط کاری یکسان توسط جریان مستقیم و منقطع تهیه گردید. تاثیر پارامترهای جریان منقطع از جمله زمان روشن و خاموش بر روی ساختار کریستالی، مورفولوژی سطحی و سختی پوشش مورد مطالعه قرار گرفت. جهت بررسی ساختار کریستالی نمونه ها از آزمون پراش اشعه ایکس (XRD) و برای بررسی مورفولوژی سطحی از میکروسکوپ الکترونی استفاده گردید. نتایج حاصل از XRD حاکی از آن است که کرم بتا (هیدریدکرم) با شبکه کریستالی هگزاگونال در آبکاری منقطع ایجاد می گردد؛ لیکن با افزایش زمان خاموشی میزان کرم بتا در ساختار رو به افزایش بوده تا جایی که مورفولوژی پوشش را تحت تاثیر قرار داده و آن را از حالت هرمی مثلثی شکل در سیکل کاری 50 درصد، به حالت مکعبی در سیکل کاری 20 درصد تبدیل کرده است که این امر منجر به افت خواص پوشش گردیده است.

در این تحقیق پوشش الکتروکاتالیتیک دی اکسیدسرب روی زیرلایه Ti/SnO2 با استفاده از تکنیک های آبکاری جریان مستقیم و آبکاری جریان پالسی از حمام نیترات سرب بدست آمد. به منظور ایجاد پوششی با بیشترین زبری سطح، کوچک ترین توزیع اندازه کریستال و سطح ویژه بالا، متغیرهای آزمایشگاهی مانند دانسیته جریان و دمای حمام آبکاری پالسی مورد بررسی قرار گرفته است. نمونه ها پس از پوشش دهی با استفاده از SEM، زبری سنجی و ولتامتری چرخه ای مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج بررسی ها نشان داد که شرایط بهینه دما و دانسیته جریان در این تحقیق برابر است با 65oC و 33 mAcm-2. مورفولوژی پوشش دی اکسیدسرب تولیدی در این شرایط حاوی نانو پولک های با ضخامتی در محدوده 45 تا  85 nmو طولی در محدوده 0.75 تا 10 mm است. تصاویر STM پوشش دی اکسیدسرب تولید شده در این شرایط نیز وجود نانوذرات دی اکسیدسرب با قطر متوسطی در محدوده 7 تا21 nm  را روی پولک ها تایید می کند.

هدف از این تحقیق بررسی اثرات و تغییراتی است که بر اثر برخورد یون های مختلف تولیدی توسط دستگاه پلاسمای کانونیSBUPF1 (8.6mF،25 kV ، 2.5 Kj) نوع مدر بر روی سطح آلومینیوم به وجود می آید. گازهای Ar و H+1%Kr به عنوان گاز عملکردی در دستگاه پلاسمای کانونی استفاده شد. برای به دست آوردن بیشینه چگالی یونی، فشار و ولتاژ عملکردی بهینه برای گاز Ar به ترتیب  0.45 mbarو  22 kVو برای گاز H+1%Kr به ترتیب برابر 5 mbar و  23 kVتعیین شد. برای تحلیل اثرات به وجود آمده بر روی سطح، از تصاویر SEM و برای آنالیز عنصری نمونه ها، از طیف نگاری EDX استفاده شد. ذوب شدگی، تبخیر سطحی، فرورفتگی ها و برجستگی ها، به وجود آمدن ترک و شکاف در سطح از جمله اثرات مشاهده شده بر روی سطح آلومینیوم با استفاده از تصاویر SEM می باشد. همچنین شدت این اثرات در ارتفاعات مختلف از مکان تولید یون در داخل دستگاه پلاسمای کانونی مورد بررسی قرار گرفت. در آنالیز عنصری نمونه های آلومینیوم با استفاده از تکنیک EDX نفوذ یون های مس ناشی از کندو پاش از آند دستگاه در هنگام تشکیل پینچ، به داخل نمونه های آلومینیوم مشاهده شد. محاسبات SRIM برای تعیین عمق نفوذ یون ها در داخل نمونه های آلومینیوم انجام شده است.

در این مقاله پوشش های پاشش حرارتی نانوکریستال با تبلور کنترل شده فاز آمورف بر پایه آهن توسعه یافته اند. بر این اساس ابتدا پودر آلیاژی آهن با ساختار آمورف و با ترکیب Fe-Cr-Mo-B-P-C-Si در حالت جامد توسط فرآیند آلیاژسازی مکانیکی ساخته شد. پس از بهینه سازی پودر ساخته شده از لحاظ مورفولوژی و توزیع اندازه ذرات، با کمک فرآیند پاشش شعله ای با سرعت بالا (HVOF) بر زیرلایه های فولاد ساده کربنی، پوشش هایی اعمال گردید. تغییر و تحولات ساختاری پوشش ها در اثر تبلور و مشخصه های فاز آمورف و نانوکریستال، توسط میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) و آنالیز فازی XRD مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد با کنترل دقیق پارامترهای فرآیند HVOF و نحوه سرد شدن پوشش، می توان فاز آمورف را به صورت کنترل شده متبلور نمود و ساختارهای متنوعی شامل آمورف کامل تا نانوکریستال کامل با اندازه دانه حدود 20-10 نانومتر بدست آورد که به تبع آن خواص مکانیکی و سایشی بهبود یافته ای خواهند داشت.

فضاپیما به سبب قرارگیری در برابر خورشید و یا فضای سرد در معرض تغییرات شدید دمایی قرار دارد. دمای تعادلی زیرسیستم فضاپیما توسط جذب خورشیدی و نشر مادون قرمز (خواص نوری- حرارتی) سطوح آن کنترل می شود. پوشش های سفید و سیاه کنترل حرارتی بر روی اجزا فضاپیما بکار می روند و نقش مهمی در کنترل حرارت به وسیله خواص نوری خود دارند. در این تحقیق خواص نوری- حرارتی و چسبندگی دو نوع پوشش کنترل حرارتی سیاه سیلیکونی و سفید سیلیکاتی بر پایه روش تاگوچی بررسی شد. نتایج نشان داد در پوشش سیاه سیلیکونی، آماده سازی سطح و استفاده از عوامل بهبوددهنده چسبندگی بر روی مقاومت به چسبندگی این پوشش ها بیشترین اثرگذاری را دارند. همچنین این پوشش ها دارای ضریب جذب 0.955 و شدت نشر 0.920 هستند. بررسی خواص نوری- حرارتی پوشش سفید سیلیکاتی بهینه شده نشان داد، نوع رنگدانه موثرترین عامل بر خواص نوری- حرارتی بوده و این پوشش دارای ضریب جذب 0.230، شدت نشر 0.907 و چسبندگی مناسب است. نتایج ارزیابی ها نشان داد هر دو پوشش بهینه شده در این تحقیق از خواص نوری- حرارتی و چسبندگی مطلوبی برخوردار بوده و می توانند به عنوان پوشش کنترل حرارتی بر روی ماهواره ها بکار روند.