علوم و مهندسی سطح
سال:1398 | دوره:- | شماره:39 |تعداد مقالات:8

هدف از انجام این تحقیق بررسی پایداری شیمیایی فیلم های کربن شبه الماسی اعمال شده بر زیرلایه های پلی کربنات می باشد. بدین منظور ابتدا عملیات اچینگ پلاسمایی توسط گازهای آرگون و اکسیژن در زمان های مختلف روی سطح پلی کربنات انجام شد. سپس تاثیر نوع گاز بر زاویه ترشوندگی و نوع پیوندهای ایجادی بر سطح نمونه های اچ شده به ترتیب توسط آزمون اندازه گیری زاویه تماس و طیف سنجی تبدیل فوریه مادون قرمز(ATR-FTIR) بررسی شد. لایه نازک کربن شبه الماسی روی سطوح زیرلایه های پلی کربنات توسط رسوب شیمیایی بخار تقویت شده به کمک پلاسما با منبع تغذیه فرکانس رادیوئی (RF-PECVD) با فرکانس MHz56/13 و مخلوط گازی متان و آرگون بر سطوح اچ شده لایه نشانی شد. چسبندگی پوشش ها توسط آزمون نوار مورد بررسی قرار گرفت. پایداری شیمیایی پوشش در برابر استون و هیدروکسید سدیم ارزیابی شد. نتایج نشان داد عملیات اچینگ پلاسمایی توسط گاز اکسیژن به دلیل تشکیل گروه های قطبی روی سطح و کاهش بیشتر زاویه تماس در مقایسه با گاز آرگون، موجب افزایش چسبندگی پوشش به زیرلایه شده است. بررسی طیف سنجی رامان حاکی از آن بود که فیلم های کربن شبه الماسی لایه نشانی شده بر سطح زیرلایه های پلی کربنات پس از عملیات اچینگ توسط گاز اکسیژن در برابر استون و هیدروکسید سدیم، پایداری شیمیایی بهتری داشته و کاهش شدت پیک های رامان کمتر شده است.

پوشش های کامپوزیتی با زمینه نیکل رسوب دهی شده به روش آبکاری الکتریکی دارای مقاومت خوبی در برابر سایش هستند. در این پژوهش با افزودن ذرات تقویت کننده نقره و بهینه سازی شرایط پوشش دهی به مطالعه خواص سایشی، سختی و زبری پوشش کامپوزیتی نیکل-نقره پرداخته شد. به این منظور از تکنیک طراحی آزمایش تاگوچی جهت بهینه سازی پارامترهای موثر بر فرایند با چهار پارامتر (میزان ذرات نقره، دانسیته جریان، زمان و نوع افزودنی) و سه سطح استفاده شد. بنابراین با تهیه 9 نمونه آزمایشگاهی، مورفولوژی و ساختار پوشش ها به کمک میکروسکوپ الکترونی روبشی و پراش پرتو ایکس بررسی شد. مطالعه مقاومت سایشی پوشش ها نیز با استفاده از آزمون سایش پین بر دیسک انجام شد و سطوح سایش نمونه ها به کمک تصاویر میکروسکوپی الکترونی روبشی و آنالیز طیف نگار تفکیک انرژی بررسی شدند. مشخص شد حالت بهینه پوشش دهی به کمک نمودارهای سیگنال به نویز برای دستیابی به کمترین میزان سایش در غلظت نقره mg/L 50، دانسیته جریان A/dm2 4، زمان آبکاری 2 ساعت و افزودنی نوع تریتون X100 بدست می آید. آنالیز واریانس(ANOVA) داده ها نشان داد که به ترتیب دانسیته جریان و غلظت ذرات نقره مهمترین پارامترهای تاثیرگذار در مقاومت به سایش پوشش ها می باشند. در مرحله بعد، فرایند به کمک شبکه عصبی مدل سازی شد تا منحنی رویه مورد نظر برای پارامترها و خروجی ها رسم شود. نتایج حاکی از آن بود که افزایش غلظت نقره و دانسیته جریان منجر به کاهش نرخ سایش نمونه ها می شود.

نانوذرات کاربید زیرکونیوم به روش سل-ژل/احیاء کربوترمال سنتز شده و با روش های میکروسکوپ الکترونی روبشی و پراش اشعه ایکس شناسایی شدند. سپس نانوذرات در غلظت 1/0 گرم بر لیتر به حمام آبکاری الکترولس نیکل-فسفر اضافه شدند. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی نشان داد که اندازه دانه بندی پوشش بعد از اضافه کردن نانوذرات کاهش می یابد. تصاویر میکروسکوپی از برش عرضی نشان دادند که پوشش ها دارای ساختار ستونی بوده و همچنین ضخامت پوشش نانوکامپوزیتی بیشتر از پوشش معمولی می باشد. طیف سنجی پراش انرژی اشعه ایکس برای اثبات حضور نانوذرات در پوشش استفاده شد. همچنین توزیع یکنواخت نانوذرات در داخل پوشش با نقشه برداری عنصری اثبات شد. پیک های نانوذرات کاربید زیرکونیوم در الگوی پراش اشعه ایکس پوشش نانوکامپوزیتی مشاهده نشد که علت آن پراکندگی زیاد نانوذرات در داخل ساختار پوشش می باشد. مطالعات اسپکتروسکوپی امپدانس الکتروشیمیایی در محیط نمک طعام با غلظت 5/3 درصد وزنی حاکی از افزایش محسوس مقاومت خوردگی پوشش الکترولس بعد از وارد شدن نانوذرات کاربید زیرکونیوم بود به نحوی که مقدار مقاومت پلاریزاسیون از حدود 04/27 به 08/43 کیلواهم در سانتیمتر مربع افزایش یافت. نتایج تستهای پلاریزاسیون پتانسیودینامیک در محیط مشابه نشان دهنده کاهش شدت جریان خوردگی پوشش از مقدار 70/1 به 87/0 میکروآمپرمتر بر سانتی متر مربع بعد از افزوده شدن نانوذرات بود. همچنین میکروسختی پوشش نانوکامپوزیتی بر حسب واحد ویکرز (حدودا" 720) خیلی بالاتر از میکروسختی پوشش معمولی (حدود 468) بود. در نهایت با تعیین علامت بار سطحی فلز و نانوذرات، نقش جاذبه الکتروستاتیک در به دام افتادن نانوذرات در پوشش اثبات شد.

لطفا برای مشاهده چکیده به متن کامل (pdf) مراجعه فرمایید.

در این پژوهش پوشش کربونیترید تیتانیم روی سطح آلیاژ Ti-6Al-4V به روش نیتروژن-کربن دهی نشانده شد و سازوکار جدایش پوشش از زیرلایه مورد بررسی قرار گرفت. به این منظور نمونه های مکعبی از آلیاژ مد نظر درون محفظه حاوی گرافیت جاسازی شد و مجموعه درون کوره تیوبی حاوی گاز نیتروژن قرار گرفت. پس از سنتز پوشش در دماهای1200 تا 1400 سانتی گراد و زمان های 20، 40 و 60 دقیقه، بررسی های ساختاری با استفاده از پراش سنج اشعه ایکس و رامان و ریزساختاری با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی مجهز به طیف سنج تفکیک انرژی (EDS) انجام شد. همچنین، تاثیر حضور پوشش بر مقاومت به خوردگی آلیاژ در محلول آبی حاوی 2/5 مول اسید کلریدریک، 2/3 مول اسید نیتریک و2/3 مول اسید فلوریدریک بررسی شد. نتایج نشان داد بیش ترین ضخامت پوشش کربونیترید تیتانیم ایجاد شده در دمای 1400 سانتی گراد و زمان 60 دقیقه در حدود 50 میکرومتر بود. با افزایش دمای سنتز احتمال جدایش پوشش از زمینه بیش تر شد که این پدیده به حضور لایه غنی از آلومینیوم در فصل مشترک پوشش و زیرلایه و در نتیجه تشکیل فازهای ترد مانند Ti3Al و همچنین اختلاف ضریب انبساط حراراتی پوشش و زیرلایه مرتبط بود. نتایج آزمون خوردگی نشان داد که تشکیل لایه کربونیترید تیتانیم سبب کاهش سرعت خوردگی آلیاژ Ti-6Al-4V از g. m-2. min-1130 برای نمونه بدون پوشش به حدود 10g. m-2. min-1 شد.

امروزه کاربرد پوشش WC-10Co-4Cr ایجاد شده توسط HVOF، در قطعات کلیدی صنایع مختلف، به میزان قابل توجه ای توسعه یافته است. این پوشش ها به منظور دستیابی به صافی سطحی مطلوب سنگ زنی می شوند. در این مطالعه، به بررسی اندازه گیری تجربی و تحلیل المان محدود تنش پسماند پوشش پس از فرایند سنگ زنی، پرداخته شد. در اندازه گیری تجربی، تنش پسماند پوشش توسط تکنیک پراش اشعه ایکس (XRD) به روش sin2 تعیین شده و از فرایند برداشت شیمیایی ماده به منظور اندازه گیری تنش در راستای ضخامت پوشش به کار برده شد. در تحلیل المان محدود فرایند سنگ زنی پوشش، در ابتدا با اعمال فلاکس حرارتی ناشی از سنگ زنی، توزیع دمایی در قطعه حاصل می شود. سپس قطعه تا رسیدن به دمای محیط خنک می شود. تاریخچه دمایی حاصل از تحلیل حرارتی به تحلیل تنش اعمال شده و با اعمال نیروهای سنگ زنی و تنش پسماند ناشی از فرایند HVOF، توزیع نهایی تنش تعیین می شود. نتایج نشان داد که تطابق قابل قبولی مابین نتایج تجربی و شبیه سازی وجود دارد و پس از فرایند سنگ زنی، مقدار تنش پسماند فشاری سطحی پوشش، افزایش می یابد. همچنین در بررسی تجربی و شبیه سازی، افزایش تنش پسماند فشاری، در مقایسه با شرایط قبل از سنگ زنی به ترتیب تا عمقµ m 100 وµ m 120 می باشد. در عمق بیش تر پوشش و همچنین در فصل اشتراک پوشش-زیرلایه افزایش تنش پسماند فشاری مشاهده نمی گردد.

هدف از انجام این پژوهش ایجاد پوشش نانوکامپوزیتی ژلاتین-نانوذرات فلوئور آپاتیت دوپ شده با سیلیسیم و منیزیم و همچنین پوشش ژلاتین بر روی آلیاژ Ti-6Al-4Vدر جهت بهبود و اصلاح خواص زیستی این آلیاژ بود. برای این منظور ابتدا پوشش نانوکامپوزیتی و همچنین پوشش ژلاتینی به روش غوطه وری ایجاد شد. سپس خواص فیزیکی، خوردگی و زیستی پوشش ایجاد شده توسط روش های مختلف بررسی شدند. نتایج حاکی از ایجاد پوشش نانوکامپوزیتی یکنواخت با ضخامتی حدود 26/6 میکرومتر با ساختار و فازهای مناسب و افزایش زبری با افزودن نانوذرات به پوشش ژلاتین بود. اندازه گیری های الکتروشیمیایی نشان داد نمونهTi-6Al-4V باپوشش ژلاتین همراه با نانوذرات دارای مقاومت پلاریزاسیون RP=5. 349×105 Ω cm2 است که نسبت به نمونه با پوشش ژلاتینی با مقاومت پلاریزاسیون RP=1. 191×105 Ω cm2ونمونه بدون پوشش با مقاومتپلاریزاسیونRP=5. 2453×104 Ω cm2 ازمقاومت پلاریزاسیون بالاتری برخوردار است. آزمون سمیت سلولی نشان دهنده عدم سمیت سلولی پوشش ها بود. همچنین رشد و تکثیر سلولی نمونه با پوشش نانوکامپوزیتی نسبت به نمونه بدون پوشش، تفاوت آماری معنی دار دارد. چسبندگی سلولی بر روی نمونه با پوشش نانوکامپوزیتی نیز نسبت به نمونه بدون پوشش و نمونه با پوشش ژلاتین بسیار بهتر بود.

فولاد زنگ نزن فریتی AISI 430 به عنوان صفحات اتصال دهنده در پیل های سوختی اکسید جامد استفاده می شود. به منظور بهبود مقاومت به اکسیداسیون این فولاد در شرایط کاری پیل های سوختی اکسید جامد می توان از یک لایه پوشش محافظ بر روی اتصال دهنده ها استفاده کرد. در این تحقیق پوشش Ni-TiO2 بر روی زیرلایه ای از فولاد AISI 430 به وسیله روش آبکاری الکتریکی در حمام واتس حاوی ذرات TiO2 رسوب داده شد. ترکیب و خواص پوشش Ni-TiO2 به عنوان تابعی از دانسیته مورد ارزیابی قرار گرفت. مقدار نشست TiO2 در پوشش با افزایش مقدار دانسیته جریان افزایش پیدا کرد و بعد از رسیدن به مقدار A/dm24 کاهش یافت. همچنین مقدار اندازه دانه در پوشش کامپوزیتی Ni-TiO2 ابتدا تا مقدار A/dm23 کاهش پیدا کرد و با افزایش بیش تر از این مقدار دوباره افزایش پیدا کرد. حداکثر میزان سختی در مقدار جریان A/dm24 بدست آمد. برای بررسی مقاومت به اکسیداسیون، نمونه های پوشش دار و بدون پوشش به مدت 300 ساعت در معرض اکسیداسیون همدما در دمای 800 درجه سانتی گراد قرار گرفتند. نتایج نشان داد نمونه های پوشش داده شده در حمام حاوی سورفکتانت SDS و بدون سورفکتانت SDS افزایش وزن کمتری نسبت به زیر لایه بدون پوشش داشتند. ساختار کامپوزیت بعد و قبل از اکسیداسیون همدما بوسیله SEM و XRD مورد مطالعه قرار گرفت.