علوم و مهندسی سطح
سال:1397 | دوره:14 | شماره:37 |تعداد مقالات:9

پوشش های سد حرارتی به عنوان یکی از پوشش های دما بالا، به طور گسترده ای به منظور بهبود عملکرد پره ی موتورهای توربینی و به ویژه توربین های گازی مورد استفاده قرار می گیرند. هدف از این پژوهش بررسی خواص ترمومکانیکی، مقاومت به خوردگی داغ و اکسیداسیون دما بالای پوشش های سد حرارتی زیرکونیایی مرسوم و بهبود عملکرد آن ها با استفاده از افزودن پایدار کننده ی سریا به ترکیب است. برای این منظور، پوشش های CoNiCrAlY/YSZ و CoNiCrAlY/CYSZ بر روی زیرلایه هایی از جنس IN738LC توسط روش پاشش پلاسمای اتمسفری اعمال شدند. رفتار ترمومکانیکی پوشش ها توسط اندازه گیری انبساط حرارتی آن ها مورد بررسی قرار گرفت. رفتار خوردگی داغ و اکسیداسیون پوشش ها به روش کوره ای، در دماهای ° C 1050 و ° C 1100 با سیکل های 4 ساعته، با و بدون اعمال مخلوط نمک خورنده ی Na2SO4-V2O5 مورد بررسی قرار گرفت. نتایج به دست آمده نشان داد که پوشش CYSZ دارای ضریب انبساط حرارتی بالاتری نسبت به پوشش YSZ است. همچنین بررسی های ریزساختاری و فازی پوشش ها به وسیله ی آنالیزهای SEM/EDS و XRD قبل و بعد از آزمون های خوردگی داغ و اکسیداسیون نشان دهنده ی مقاومت بهتر پوشش CYSZ در مقایسه با پوشش YSZ است.

در این پژوهش ایجاد روکش کامپوزیتی حاوی ذرات کاربیدتنگستن بر سطح فولاد منگنزی هادفیلد با به کارگیری فرآیند جوشکاری قوسی تنگستن-گاز بررسی شده است. بدین منظور پودر ذرات کاربیدتنگستن بر سطح فولاد منگنزی پیش نشانی شده و با تغییر شدت جریان، فرآیند ذوب سطحی کاربید با فلز پایه انجام شد. مطالعه ریزساختار پوشش ایجادشده توسط میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) همراه با آنالیز نقطه ای و بررسی های فاز شناسی لایه سخت ذرات کاربیدی توسط پراش اشعه ایکس (XRD) انجام گرفت. سختی روکش در آزمون ریز سختی سنجی ارزیابی شد. نتایج حاصله از پراش سنجی پرتو X، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) ومیکرو سختی در نمونه فولاد منگنزی روکش شده بیانگر ساختار دندریتی روکش حاوی فازهای WC و CW3 تقویت کننده ی کاربیدتنگستن را دارا می باشد که می تواند باعث بهبود سختی و رفتار سایشی پوشش مذکور شود. نتایج آزمون ریز سختی سنجی نشان دهنده ی افزایش 3 برابری سختی نمونه روکش شده (HV650) نسبت به نمونه بدون روکش (HV 200) می باشد.

امروزه، بدلیل خواص زیستی مطلوب هیدروکسی اپاتیت، توجه زیادی به آن به عنوان یک سرامیک زیستی برای پوشش دهی کاشتنی های فلزی می شود. به منظور بهبود خواص پوشش هیدروکسی اپاتیت، بویژه ترک خوردگی ناشی از خشک شدن و عملیات تف جوشی، استفاده از پوشش های کامپوزیتی در کانون توجه قرار گرفته است. در این پژوهش پوشش های کامپوزیتی هیدروکسی آپاتیت – اکسید تیتانیم حاوی مقادیر 0، 5، 10 و 20 درصد وزنی اکسید تیتانیم از طریق فرایند پوشش دهی الکتروفورتیک بر روی زیر لایه ی NiTi ایجاد شدند. محلول سوسپانسیون مورد استفاده n – بوتانول و تری اتانول آمین بود. عملیات رسوبگذاری در 60 ولت به مدت 120 ثانیه بر روی کاتد انجام گرفت. پس از رسوبگذاری، پوشش ها در دمای اتاق خشک شدند و تحت عملیات تف جوشی قرار گرفتند. از تفرق اشعه ایکس (XRD) جهت شناسایی فازها و از SEM برای بررسی های ریز ساختاری و مورفولوژیکی پوشش ها استفاده شد. ترکیب شیمیایی نسبی پوشش با استفاده از آنالیز تفکیک انرژی (EDX) بررسی شد. نتایج نشان می دهند افزایش نانوذرات اکسید تیتانیم تا 10% وزنی باعث بهبود رفتار پوشش کامپوزیتی هیدروکسی آپاتیت – اکسید تیتانیم در فرایند خشک شدن می شود و استحکام چسبندگی پوشش کامپوزیتی هیدروکسی آپاتیت – 10% اکسیدتیتانیم تا MPa3/2± 1/21 افزایش پیدا می کند که در مقایسه با پوشش هیدروکسی آپاتیت خالص (MPa 1/3± 1/18) بهبود یافته است.

فیلم های نازک نانوذرات ZnS خالص وZnS آلائیده به Cu (ZnS: Cu) با استفاده از روش جذب و واکنش متوالی لایه ی یونی (SILAR) تهیه شد. فیلم های نازک به دست آمده با استفاده از پراش سنج اشعه ایکس (XRD)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و طیف جذبی مورد بررسی قرار گرفتند. تخریب فوتوکاتالیستی مولکول های رنگی متیلن بلو (MB) با کنترل میزان غلظت محلول MB با استفاده از اسپکتروفتومتر جذب UV-vis ارزیابی شد. تغییرات غلظت Cu در فیلم های نازک نانوذرات ZnS نشان داد که نمونه حاوی 2 درصد وزنی Cu برای تخریب مولکول های رنگی بسیار موثرتر می باشد. نتایج تجربی نشان دادند که بازده تخریب فیلم های نازک فوتوکاتالیست پس از 30 دقیقه زمان تابش UV حدود 36? بود و بیشترین بازده تخریب (56? ) با افزایش زمان قرار گرفتن در معرض تابش به مدت360 دقیقه حاصل شد.

مشخصات کارایی لیزر دیودهای چاه کوانتومی دوتایی In0. 082Ga0. 918N/GaN تابش کننده در ناحیه بنفش دور با استفاده از نرم افزار ISE-TCAD بطور عددی مورد مطالعه قرار گرفت. در این مطالعه نقش میزان آلومینیوم در ماده تشکیل دهنده و ضخامت لایه های کلدینگ AlGaN بر روی مشخصات کارایی مختلف از قبیل توان خروجی، جریان آستانه، شیب کارایی، کارایی کوانتومی خارجی (DQE)، و شدت اپتیکی این لیزر دیودها مورد بررسی قرار گرفت. نتایج شبیه سازی دلالت بر این دارد که افزایش میزان آلومینیوم در ترکیب AlGaN لایه های کلدینگ موجب افزایش DQE و شیب کارایی و کاهش جریان آستانه این لیزر دیودها می شود، در حالی که توان خروجی کاهش می یابد. نتایج شبیه سازی همچنین دلالت بر این دارد که افزایش ضخامت لایه های کلدینگ AlGaN موجب افزایش توان خروجی می شود. افزایش توان خروجی نتیجه افزایش چگالی های حامل های الکترون و حفره ها در چاه های کوانتومی و در نتیجه افزایش بازترکیب تابشی آنها می باشد.

آندایز سخت به عنوان یکی از روش های بهبود خواص سطحی روی آلومینیم همیشه موردتوجه بوده است، اما مشکل اساسی این روش، کنترل دقیق دما و دستیابی به ساختار لایه اکسید آلومینیم آندی در کف حفرات می باشد. در این پژوهش با طراحی راکتور آندایز، کنترل دقیق شرایط پوشش دهی و استفاده از یک آندایز نرم (ولتاژ40ولت) قبل از آندایز سخت (ولتاژ130ولت) به مطالعه چگونگی تغییرات چگالی جریان در حین پوشش دهی آلیاژ آلومینیم 1100 در محلول اسیدگزالیک پرداخته شد. به کمک نمودارهای چگالی جریان-زمان و تصاویر میکروسکوپی الکترونی روبشی نشر میدانی افزایش چگالی جریان و انتقال از آندایز نرم به سخت که همراه با بیشتر شدن فاصله حفرات بود، مشاهده شد. نتایج آزمون پراش اشعه ایکس حاکی از تشکیل پوششی با ساختار آلومینای آمورف می باشد. همچنین آنالیز طیف نگار تفکیک انرژی نشان داد که پوشش فقط حاوی اکسیژن و آلومینیم به دلیل تشکیل آلومینا می باشد. نتایج آزمون پلاریزاسیون بیانگر بهبود قابل توجه مقاومت به خوردگی آلیاژ با اعمال لایه اکسیدی آلومینیم بود. انجام آندایز در سه دمای صفر، 10 و 17درجه سانتی گراد نشان داد بیشتر شدن دما منجر به افزایش بار عبوری و ضخامت لایه اکسیدی می گردد، اما روی فاصله بین حفره ای، قطر حفره ای، ضخامت لایه سدی و چگالی حفرات تاثیر محسوسی ندارد که این حاکی از مستقل بودن این پارامترها از جریان بود. این در حالی است که به دلیل شدت خورندگی بیشتر محلول، بازه تغییرات این پارامترها افزایش می یابد. تخلخل پوشش نیز از 6/15 به 3/17 درصد افزایش یافت. همچنین با مقایسه آندایز آلومینیم خالص و آلیاژ1100 مشخص شد که حضور عناصر آلیاژی منجر به کاهش میزان نظم پوشش خواهد شد.

در این پژوهش به بررسی اثر پارامترهای مختلف فرایند اصطکاکی اغتشاشی (FSP) بر سختی و مقاومت به سایش Al-2024، مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور با استفاده از روش سطح پاسخ، برای سه پارامتر تاثیرگذار فرایند FSPکه شامل سرعت چرخش پین، سرعت پیشروی پین و زاویه پین می باشند، پنج سطح در نظر گرفته شد. پاسخ های حداکثر سختی و حداقل نرخ سایش به عنوان عامل بهینه کننده انتخاب گردید. به منظور ارزیابی سختی نمونه های FSP شده از آزمون ریزسختی سنج ویکرز تحت استاندارد ASTM-E384 و برای ارزیابی رفتار سایشی نمونه ها از آزمون سایش پین روی دیسک تحت استاندارد ASTM-G99 در بار 500 گرم و مسافتm1000 استفاده شد. به منظور بررسی تاثیر فرایند FSP بر ریزساختار از میکروسکوپ نوری استفاده شد. نتایج نشان داد که سرعت چرخش پین و سرعت پیشروی پین، هم به صورت مستقیم روی متوسط سختی تاثیر گذار می باشند و هم با توان دوم خود. همچنین مشخص است که این دو عامل روی یکدیگر نیز تاثیر گذار می باشند و می توان این دو عامل را به صورت مستقل بررسی نمود. عامل زوایه حمله پین تقریبا هیچ تاثیری روی متوسط سختی نداشته همچنین این عامل با هیچ کدام از دو عامل دیگر نیز در تقابل نمی باشد. پس از انجام فرایند بهینه سازی، سرعت پیشروی پین، سرعت چرخش پین و زاویه بهینه به ترتیب برای اصلاح سطحی آلیاژ آلومینیم Al-2024، mm/min 28، rpm1274 و 2. 5 درجه بدست آمد. مقدار سختی و میزان کاهش وزن در آزمون سایش برای نمونه FSP شده با پارامترهای بهینه به ترتیب برابر 154 ویکرز و mg9. 3 بدست آمد.

در این تحقیق، پوشش های سرامیکی به وسیله فرآیند اکسیداسیون الکترولیتی پلاسمایی در حمام پایه آلومیناتی حاوی غلظت های متفاوتی از هیدروکسید پتاسیم (3، 4 و 5 گرم بر لیتر) روی زیرلایه تیتانیم خالص با موفقیت تشکیل شد. تمامی فرآیندها در ولتاژ ثابت 420 ولت و در مدت زمان 180 ثانیه انجام شدند. اثر ترکیب شیمیایی حمام پوشش دهی بر ولتاژ جرقه زنی، ریزساختار و رفتار خوردگی پوشش ها مورد مطالعه قرار گرفت. تصاویر میکروسکوپ الکترونی سطح و مقطع عرضی و آزمون های خوردگی پوشش ها در محلول کلریدسدیم 5/3 درصد وزنی نشان دادند که افزایش غلظت هیدروکسیدپتاسیم در حمام پوشش دهی از 3 به 4 گرم بر لیتر منجر به افزایش تراکم و یکنواختی ساختار، کاهش اندازه میانگین ریزحفرات سطحی علی رغم افزایش درصد تخلخل، افزایش ضخامت و افزایش مقاومت به خوردگی شد. بااین حال، افزایش بیش تر غلظت هیدروکسیدپتاسیم به 5 گرم بر لیتر در حمام پوشش دهی به دلیل افزایش بیش ازحد هدایت الکتریکی باعث تشکیل جرقه های بزرگ تر و شدیدتر و درنتیجه افزایش اندازه میانگین ریزحفرات سطحی باوجود کاهش درصد تخلخل و افزایش ضخامت و درنهایت کاهش مقاومت به خوردگی پوشش شد. بنابراین پوشش تشکیل شده در حمام پوشش دهی حاوی 4 گرم بر لیتر هیدروکسیدپتاسیم، یکنواخت ترین و متراکم ترین ساختار همراه با ریزترین اندازه حفرات سطحی و بهترین رفتار خوردگی را نشان داد. درواقع، این نمونه با مقاومت به خوردگی معادل با 105×88/22 اهم در سانتی متر مربع، مقاومت زیرلایه تیتانیم را در حدود 36 برابر افزایش داد. بااستفاده از الگوی پراش پرتو ایکس مشخص شد که این پوشش از فازهای روتیل، آناتاز و TiAl2O5 تشکیل شده بود.

ذرات کاربید تیتانیم (TiC) با استحکام مکانیکی وسختی بسیار بالا، به عنوان موادی مناسب جهت ساخت پوشش های کامپوزیتی با سختی و مقاومت به سایش بالا مورد استفاده قرار گرفته اند. در این پژوهش، سطح فولاد ابزار گرمکار 13H با استفاده از لیزر پالسی Nd: YAG با ذرات TiC کامپوزیت سازی شد. سختی کامپوزیت های حاصل توسط آزمون ریزسختی سنجی ویکرز، مورد بررسی قرار گرفت. مشخصه یابی پوشش ها به کمک طیف نگاری تفکیک انرژی (EDX)، میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (FESEM) و آنالیز پراش پرتو ایکس (XRD) انجام گرفت. نتایج نشان داد که کامپوزیت سازی سطحی با استفاده از لیزر و ذرات TiC، سبب افزایش سختی ناحیه کامپوزیتی نسبت به زیرلایه شده است و افزایش سرعت روبش پرتو لیزر، باعث کاهش حرارت حوضچه مذاب تشکیل شده روی سطح شده که این امر موجب کاهش انحلال ذرات TiC و درنتیجه افزایش سختی ناحیه کامپوزیتی تا حدود 1550 ویکرز شده است.