علوم و مهندسی سطح
سال:1395 | دوره:12 | شماره:28 |تعداد مقالات:12

در این پژوهشکامپوزیت سطحی بر پایه ی سیستم Mg-Cu، و با استفاده از فرایند اصطکاکی اغتشاشی به صورت درجا بر سطح آلیاژ AZ91C ایجاد شد. بررسی میکروساختار منطقه ی اغتشاش پس از شش پاس فرایند نشان دهنده ی تشکیل ترکیب بین فلزی Mg2Cu در کامپوزیت AZ91/Cu است. بعد از عملیات حرارتی T6 با افزایش درصد حجمی ذرات تقویت کننده و تشکیل ترکیب بین فلزی MgCu2، سختی نمونه ی کامپوزیتی افزایش یافت. بررسی ذرات و سطوح سایشی، وقوع مکانیزم های سایش خراشان و ورقه ای در نمونه ی سایش فلز پایه را نشان داد. نتایج EDS و میکروسختی کامپوزیت AZ91/Cu، نشان دهنده ی افزایش سختی و پایداری لایه ی اکسید سطحی در نمونه ی کامپوزیتی نسبت به نمونه ی فلز پایه است که نرخ سایش این کامپوزیت نسبت به زمینه را کاهش داده است. نتایج آزمون سایش نشان داد که پس از عملیات حرارتی T6، رفتار سایشی نسبت به نمونه ا ی که تحت عملیات حرارتی قرار نگرفته ضعیف تر شده است. این افزایش نرخ سایش در نمونه ی کامپوزیتی به دلیل تشکیل میکروترک ها در حین عملیات حرارتی می باشد که منجر به پدیده ی ورقه ای شدن در این نمونه ی سایش شده است.

با توجه به تاثیر چشمگیر مقدار تخلخل بر رفتار سایش پذیری پوشش های سرامیکی و وابستگی مقدار تخلخل به پارامترهای پاشش حرارتی، هدف از انجام این پژوهش توسعه مدل تجربی به منظور تعیین رابطه مقدار تخلخل با پارامترهای پاشش حرارتی پلاسمایی در هوا برای پوشش سایش پذیر YSZ-10wt.%LaPO با بکارگیری روش 4RSM می باشد. روش طراحی آزمایش فول فاکتوریل دو سطحی به منظور تعیین اثر سه پارامتر مهم، جریان (در دو سطح 400 و800 آمپر)، نرخ گاز اولیه (در دو سطح 25 و40 لیتر بر دقیقه) و نرخ گاز ثانویه (در دو سطح 0 و 8 لیتر بر دقیقه) بر مقدار تخلخل مورد استفاده قرار گرفت. تخلخل نمونه ها با استفاده از تصاویر میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی به کمک نرم افزار آنالیز تصویری ImageJ اندازه گیری شد. نتایج نشان داد که با افزایش مقدار جریان، افزایش نرخ گاز ثانویه و کاهش نرخ گاز اولیه، مقدار تخلخل به طور پیوسته کاهش می یابد. علاوه بر این پارامترهای جریان و نرخ گاز اولیه به ترتیب بیشترین و کمترین تاثیر را بر روی مقدار تخلخل پوشش دارند.

فرایند اصطکاکی اغتشاشی (FSP) کرنش بسیار بالایی را به ساختار اعمال می کند که باعث تغییر ساختار مواد خواهد شد. اغتشاش و گرمای تولید شده در اثر حرکت پین موجب تبلور مجدد و رشد دانه ها می گردد. اعمال سرمایش در طی فرایند موجب جذب گرمای تولید شده می شود. اعمال شرایط خنک شوندگی، مکانیزم رشد دانه ها را متوقف خواهد نمود؛ از این رو می توان به دانه بندی بسیار ریز دست یافت. ساختارهای با دانه بندی نانو توانایی بالایی در رسیدن به شرایط ابرمومسانی در دماهای پایین تر و یا در نرخ های کرنش بالاتر، از خود نشان می دهند. در تحقیق حاضر فرایند اصطکاکی اغتشاشی در شرایط بهینه خنک سازی جهت دستیابی به دانه بندی نانوساختار در ورق آلومینیوم آلیاژی 7075 در شرایط عملیات حرارتی T6 به کار گرفته شد. بدین منظور از شرایط تبرید حین فرایند در زیر و روی ورق، به کمک مخلوط آب، الکل، یخ، یخ خشک و نیتروژن مایع استفاده گردید. اعمال شرایط تبرید موجب ریزدانه شدن ساختار شده و اندازه دانه زیر 100 نانومتر حاصل گردید. بیشینه ازدیاد طول شکست در نرخ کرنش آغازین و در دمای 500 درجه سانتیگراد به دست آمد. همچنین نتایج حاصل شده را می توان در شرایط کاربردی و صنعتی نیز اعمال نمود. از این رو می توان فرایند اصطکاکی اغتشاشی در شرایط خنک شوندگی بهینه را بسیار موثر در دستیابی به شرایط ابرمومسان در نرخ های کرنش بالاتر دانست.

در این پژوهش، اختلاط پودرهای آلومینیم خالص و گرافیت برای تولید کامپوزیت های پایه آلومینیم، تقویت شده با ذرات پودر گرافیت، از روشی جدید به نام همگن سازی در مایع استفاده شد. میزان گرافیت در این پژوهش از صفر تا 4.5 درصد وزنی درنظر گرفته شد. ابتدا پودر گرافیت در استون ریخته و آلتراسونیک گردید. سپس پودر آلومینیم به محلول اضافه و آلتراسونیک ادامه پیدا کرد. سپس مخلوط حاصل فیلتر و در دما و زمان مناسب در اتمسفر خلا خشک گردید. سپس از پودر های خشک شده حاصل به روش تف جوشی پلاسمایی (SPS) تحت فشار و دما و زمان های مختلف نمونه های کامپوزیتی تولید شد. به منظور بررسی ریزساختار، نمونه های حاصل به وسیله میکروسکوپ نوری و SEM بررسی شدند. همچنین به منظور بررسی خواص مکانیکی، نمونه ها تحت آزمون های سختی سنجی (برینل) و سایش قرار گرفتند. باتوجه به مشاهدات، توزیع ذرات گرافیت در زمینه آلومینیم در این روش نسبت به روش های دیگر بهبود چشم گیری را نشان داد که همین امر باعث بهبود خواص مکانیکی شده است .همچنین افزودن گرافیت تا سه درصد وزنی بطور بسیار یکنواخت در زمینه و بدون کلوخه شدن رخ داد. درحالیکه درصد بهینه توزیع گرافیت برای این کامپوزیت با سایر روش های اختلاط حداکثر یک درصد بوده است. با توجه به نتایج آزمون سایش، میزان مقاومت به سایش به دست آمده از این روش اختلاط، نسبت به سایر روش های تولید این کامپوزیت افزایش داشت. همچنین در نمونه با درصد بهینه (سه درصد گرافیت)، دارای افزایش سختی تا 70 درصد و کاهش نرخ سایش تا 55 درصد نسبت به آلومینیم خالص بود.

پوشش های نیکل-بور الکترولس با داشتن سختی و خواص سایشی بالا و قابلیت خودروانکاری، سال هاست که توجه محققان را به خود جلب کرده اند. ساختار سطحی پوشش نیکل-بور الکترولس توسط بسیاری از محققان گل کلمی شکل و توسط معدودی دیگر دانه دانه ای گزارش شده و برای شکل گیری هر یک از این دو ساختار نظریه های متفاوتی ارائه گردیده است. در این مقاله اثر غلظت اتیلن دی آمین، آمونیاک و پایدارکننده روی مورفولوژی سطحی و ضخامت پوشش نیکل-بور الکترولس در چارچوب یک طرح عاملی دو سطحی مورد بررسی قرار گرفته است. در بررسی اثر متغیرهای مذکور، دو نوع ساختار گل کلمی و قلوه سنگی به دست آمد که با تحلیل صورت گرفته، ساختار گل کلمی مشخصا به نرخ آبکاری کمتر و ساختار قلوه سنگی به نرخ آبکاری بیشتر نسبت داده شده اند. به علاوه در شرایط حمام پایدار و پوشش بدون تخلخل، زمانی که نرخ آبکاری به اندازه ای بالا بود که ساختار قلوه سنگی را نتیجه دهد، افزایش ضخامت منجر به درشت تر شدن ساختار سطحی گردید. بیشترین ضخامت پوشش ها برابر49 mm زمانی به دست آمد که غلظت اتیلن دی آمین در حد پایین خود (70 mL/L) و غلظت آمونیاک و پایدارکننده در حد بالای خود (به ترتیب 46 و 3.33 mL/L) بودند و کمترین ضخامت برابر23 mm زمانی به دست آمد که غلظت اتیلن دی آمین، آمونیاک و پایدارکننده در حد بالای خود (به ترتیب 130، 46 و 3.33 mL/L) قرار داشتند.

در این پژوهش به ارزیابی رفتار سایشی فولاد زنگ نزن آستنیتی 304 بعد ازاعمال فرایند اصطکاکی اغتشاشی پرداخته شده است. برای این منظور، فراینداصطکاکی اغتشاشی با استفاده از یک ابزار بدون پین از جنس کاربید تنگستن و با سرعت چرخشی 560 دور بر دقیقه و سرعت پیشروی 50 میلیمتر بر دقیقه انجام شد. مطالعات ریزساختاری با استفاده از میکرسکوپ الکترونی و میکروسکوپ نوری صورت گرفت. همچنین پروفیل سختی نمونه ی عملیات شده با استفاده از روش ریزسختی سنجی مورد مطالعه قرار گرفت. مقاومت به سایش نمونه های فلز پایه و نمونه ی فراوری شده با استفاده از آزمون پین روی دیسک انجام شد. نتایج نشان داد که فرایند اصطکاکی اغتشاشی باعث اصلاح ریزساختار و ریز دانه شدن ریزساختار و همگن شدن آن شد. اندازه دانه ها از 93±3 mm در فلز پایه به 26±3 mm در ناحیه ی اغتشاش کاهش یافت. این نتایج با مطالعات سختی سنجی مورد تایید قرار گرفت که نشان داد با اعمال فرایند اصطکاکی اغتشاشی سختی فولاد از 170±1 HV به 213±5 HV افزایش یافت. نتایج آزمون سایش نشان داد که فرایند اصطکاکی اغتشاشی مقاومت سایشی فولاد زنگ نزن آستنیتی 304 را حدود 2 برابر افزایش داد. این رفتار براساس ریزساختار ایجاد شده در منطقه ی اغتشاش مورد بحث قرار گرفته است. بر اساس مشاهدات میکروسکوپی الکترونی روبشی از سطوح سایش، مکانیزم اصلی سایش از نوع سایش خراشان تشخیص داده شد.

در این پژوهش به منظور بهبود خواص مکانیکی زیرلایه های آلومینیوم 7075، پوشش های نانوساختار آلومینا- زیرکونیا با روش اکسیداسیون پلاسمای الکترولیتی در حالت ولتاژ ثابت بر سطح آنها اعمال شدند. پوشش های مذکور در ولتاژ 450 ولت و در زمان های 300-100 ثانیه در الکترولیت پایدار حاوی K2ZrF6 آماده شدند. بررسی فازی نمونه ها بیانگر تشکیل کامپوزیت های آلومینا- زیرکونیا با ترکیب فازهای زیرکونیای تتراگونال و آلومینای آلفا و گاما در زمان های پوشش دهی 200 ثانیه و بالاتر است. بررسی ریزساختاری توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی تشکیل پوشش های نانوساختار با اندازه ذرات 40-20 نانومتر با ساختار متخلخل و افزایش سایز تخلخل ها با افزایش زمان پوشش دهی را نشان می دهد. با توجه به نتایج میکروسکوپی در سطح مقطع پوشش، ضخامت پوشش ها در محدوده 19-12 میکرومتر می باشد. آنالیز شیمیایی در سطح مقطع پوشش بیانگر توزیع یکنواخت عناصر Al، Zr و O در عرض پوشش است. سختی سنجی ویکرز نمونه ها، افزایش 10 برابری سختی زیرلایه های آلومینیومی با اعمال این پوشش ها را نشان می دهد.

در این پژوهش پوشش های آلیاژی Zn-Ni از طریق حمام سولفاتی اسیدی رسوب گذاری الکتریکی شدند. تاثیر دمای ترسیب بر میکروسختی، مورفولوژی، ترکیبهای شیمیایی، راندمان جریان کاتدی ساختار و همچنین رفتار خوردگی پوشش بررسی شد. مورفولوژی پوشش ها توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و ترکیب شیمیایی پوشش ها توسط آنالیزور EDX بررسی شد. به منظور بررسی ساختار کریستالی از آزمون XRD استفاده گردید. جهت بررسی خواص خوردگی پوشش ها، آزمایش های پلاریزاسیون خطی و طیف نگاری امپدانس الکتروشیمیایی (EIS) در دمای محیط انجام شدند. نتایج نشان می دهند افزایش دمای ترسیب، موجب افزایش مقدار نیکل در پوشش، کاهش راندمان جریان کاتدی و افزایش سختی می شود. نتایج حاصل از SEM نشان می دهد که ساختار در دمای پایین، ریزدانه است و با افزایش دما ساختار درشت دانه می شود. جهت بررسی خواص خوردگی پوشش ها، آزمایش های پلاریزاسیون خطی و طیف نگاری امپدانس الکتروشیمیایی (EIS) دردمای محیط انجام شدند. نتایج حاکی از آن است که پوشش های با 14 درصد وزنی نیکل بیشترین مقاومت به خوردگی را در بین پوشش ها با ترکیب شیمیایی دیگر دارد. این پوششها به صورت تک فاز است و تشکیل فاز g با ساختار هگزاگونال از عمده ترین دلایل افزایش مقاومت به خوردگی در این پوشش ها میباشد.

هدف از این پژوهش، اعمال پوشش هاردستونایت (Ca2ZnSi2O7) به روش لایه نشانی الکتروفورتیک روی زیر لایه تیتانیومی (Ti-6Al-4V) بود. ابتدا هاردستونایت به روش سل-ژل تهیه گردید. ساختار، شکل و آنالیز عنصری پودر تولید شده، به کمک میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM)، پراش پرتو ایکس (XRD) و طیف سنج توزیع انرژی پرتو ایکس (EDAX) بررسی شد. سمیت نانوذرات نیز به روش MTT بررسی گردید. پوشش دهی زیرلایه تیتانیمی به روش الکتروفورتیک و در محلول متانول انجام شد. نمونه های پوشش داده شده به کمک میکروسکوپ الکترونی روبشی بررسی شد. جهت بررسی قابلیت تشکیل آپاتیت روی پوشش، نمونه ها در محلول شبیه سازی شده بدن (SBF) غوطه ور شدند و تشکیل آپاتیت بر روی آن ها توسط میکروسکوپ الکترونی مورد بررسی قرار گرفت. جهت بررسی مقاومت خوردگی پوشش ها از آزمون پلاریزاسیون تافل استفاده شد. آزمون غوطه وری حاکی از زیست فعالی نمونه ها در محلول شبیه سازی شده بدن بود. بررسی نتایج آزمون تافل نشان داد که مقاومت در برابر خوردگی نمونه دو بار پوشش داده شده با ولتاژ 50، در مقایسه با زیر لایه تیتانیومی بدون پوشش افزایش یافته است. نتایج آزمون سمیت سنجی سلولی نیز، عدم سمیت نانوذرات هاردستونایت و زیستایی سلول های بنیادی مغز استخوان را تایید کرد. نتایج به دست آمده در این پژوهش نشان داد که پوشش هاردستونایت به روش الکتروفورتیک روی زیر لایه تیتانیومی قابل اعمال است. همچنین رفتار خوردگی و زیستی زیرلایه پوشش داده بهبود خواهد یافت و هاردستونیت می تواند به عنوان یک پوشش بیوسرامیکی نوین مورد توجه قرار گیرد.