علوم و مهندسی سطح
سال:1397 | دوره:14 | شماره:35 |تعداد مقالات:8

زیرکونیای پایدار شده با ایتریا(YSZ) یکی از پرکاربردترین پوشش های سد حرارتی است. با این حال در دماهای بالاتر از ° C1200 فاز پایدار شده تتراگونال به مونوکلینیک تبدیل می شود و احتمال ترک در پوشش را افزایش می دهد. در این تحقیق پوشش نانوساختار زیرکونیای پایدار شده با اسکاندیا و سریا (ScCeSZ) با روش سل ژل پلیمری سنتز شده و اثر مقادیر مختلف پایدارکننده های اسکاندیا و سریا بر پایداری حرارتی آن در C° 1400 بوسیله XRD با سرعت اسکن پایین بررسی شده است. با توجه به مقدار فاز منوکلنیک تشکیل شده، مقدار تتراگونالیته و حضور فاز تتراگونال استحاله ناپذیر و فاز مکعبی و همچنین با مقایسه بهترین عملکرد حرارتی، ترکیب بهینه این پوشش با حدود 78/4 درصد مولی اسکاندیا، انتخاب شد. سپس پوشش های سد حرارتی نانو ساختار با ترکیب 4. 78ScCeSZ به روش پاشش پلاسمای اتمسفری(APS) بر روی نمونه هایی از جنس سوپرآلیاژ پایه نیکل(IN738LC) اعمال شدند و پایداری حرارتی آن ها پس از شوک حرارتی در دمای ° C1000 مورد ارزیابی قرار گرفت. بررسی ها نشان داد پس از 122 سیکل حرارتی فاز مونوکلینک در ساختار تشکیل نشده، که نشان دهنده پایداری پوشش است. به نظر می رسد پوشش اخیر گزینه ای مناسبی برای پوشش های سد حرارتی توربین گازی و جایگزینی مناسب برای YSZ معمولی باشد.

افزایش مقاومت سایشی اجزای مکانیکی همواره برای سازندگان قطعات مکانیکی مهم بوده است. یک روش رایج برای عملیات سطحی، نیتراته کردن است. در این پژوهش، ضریب اصطکاک و حجم سایش دیسک های نیتراته شده و معمولی به دو صورت عددی و تجربی مطالعه شده است. آزمایش ها با استفاده از دستگاه تست سایش پین بر روی دیسک بر روی نمونه های فولاد AISI 4140 انجام شده است. مدل عددی بر پایه مفهوم تقسیم بار به منظور پیش بینی ضریب اصطکاک، دمای سطح، ضخامت فیلم روان کار و نرخ سایش گسترش یافته است. نتایج برای دیسک های نیتراته شده نشان می دهد که با افزایش سرعت، ضخامت فیلم روان کار افزایش یافته و در نتیجه حجم سایش کاهش می یابد. از طرف دیگر با افزایش بار اعمالی، ضخامت فیلم روان کار کاهش یافته و در نتیجه حجم سایش افزایش می یابد. در مورد دیسک های نیتراته شده، حجم سایش فقط تابعی از بار اعمالی است و بسرعت وابسته نیست. نمودارهای حجم سایش بر حسب مسافت لغزش نشان می دهد که دوره گذار تقریبا قبل از 1500 متر به پایان می رسد و بعد از آن نرخ سایش پایا می شود. مقایسه نتایج تجربی و تئوری ضریب اصطکاک و حجم سایش نشان می دهد که مدل تئوری ارایه شده توانایی قابل قبولی برای پیش بینی ضریب اصطکاک و نرخ سایش در مواد عادی دارد.

تمایل به افزایش دمای محصولات احتراق توربین در نیروگاه ها به جهت بهبود بازده و کاهش هزینه سوخت، سبب استفاده از پوشش های سد حرارتی بعنوان محافظ قطعات داغ موتور های توربینی گردیده است. سیستم پوشش شامل پوشش فوقانی سرامیکی، لایه میانی اکسیدی که به صورت حرارتی رشد یافته و یک پوشش پیوندی فلزی است. در این مقاله آسیب ناشی از شوک حرارتی در پوشش هنگام توقف ناگهانی توربین (تریپ) با روش های عددی و اجزای محدود در شرایط تنش صفحه ای، بررسی شده است. هندسه به کار برده شده به صورت یک دیسک نازک و در شرایط تقارن محوری است. نتایج نشان می دهد که افت پر شتاب دما موجب افزایش ناگهانی در اندازه کرنش و تنش حرارتی در لایه فوقانی سرامیکی پوشش می گردد که منجر به ایجاد رفتاری مشابه در ضریب شدت تنش ترک سطحی پوشش شده و آن را به مقدار بحرانی نزدیک می کند. این شرایط در مقایسه با ابتدای چرخه و در بازه دما ثابت، تاثیر شایانی در افزایش نرخ رشد و طول ترک ایجاد می کند. علاوه بر این، بررسی های تحلیلی و اجزای محدود صورت گرفته به خوبی یکدیگر را تایید کرده و نتایج حاصل از بررسی رفتار ترک نیز با مطالعات دیگر پژوهشگران سازگار است.

در این پژوهش پوشش های سیلانی حاوی دو ترکیب آمینوپروپیل تری اتوکسی سیلان (APTS) و تترااتیل اورتوسیلیکات (TEOS) به روش سل ژل بر روی فولاد IF ایجاد شدند. محلول پوشش دهی با مخلوط کردن ترکیب های سیلانی در مخلوط الکل و آب مقطر آماده و پوشش به روش غوطه وری بر زیر لایه اعمال شد. آزمون طیف سنج مادون قرمز تبدیل فوریه نشان داد که پوشش بخوبی با زیر لایه پیوند برقرار کرده و پوشش تشکیل شده است. نتایج آزمون پلاریزاسیون پتانسیودینامیک نشان داد که پتانسیل خوردگی با اعمال پوشش سیلانی تقریبا افزایش داشته و چگالی جریان خوردگی کاهش شدیدی یافت. همچنین نتایج آزمون امپدانس الکتروشیمیایی مشخص نمود که پوشش سیلانی مقاومت خوردگی خوبی از خود نشان داد. درواقع، پوشش ایجاد شده همانند یک سد فیزیکی عمل کرده و از نفوذ یون های مهاجم و ملکول های اکسیژن به سطح زیر لایه جلوگیری می نماید. علاوه بر این تصاویرمیکروسکوپ نوری مقاومت پوشش سیلانی را بعد از آزمون خوردگی نشان داده و بهبود مقاومت خوردگی را نسبت به زیرلایه مشخص می سازد.

در پژوهش حاضر، یک روش مبتکرانه، ساده و کم هزینه برای ایجاد سطح میکرو-نانوساختار ابرآبگریز بر روی آلیاژ آلومینیوم بدون مصرف برق پیشنهاد شد. زاویه تماس قطره آب بر روی سطح ابرآبگریز ایجاد شده ° 1/167 اندازه گیری شد. میکرو-نانوزبری های ایجاد شده در سطح به کمک میکروسکوپ الکترونی روبشی مشاهده گردید. آنالیز شیمیایی سطح توسط آنالیز EDS صورت گرفت و حضور ترکیبات با زنجیره های کربنی مشخص گردید. تاثیر زمان اچ بر روی زاویه تماس نیز بررسی و بهترین زمان 4 دقیقه اندازه گیری شد. محاسبه گردید که 97 درصد سطح ابرآبگریز ایجاد شده که با قطره آب در تماس است، از هوا تشکیل شده است. تست خوردگی پلاریزاسیون پتانسیودینامیک نشان داد که پس از ساخت سطح ابرآبگریز بر روی آلیاژ آلومینیوم، جریان خوردگی از μ A/cm2 4/1 بهμ A/cm2 7/0 کاهش می یابد که بیانگر افزایش دو برابری عملکرد آن است. خاصیت خودتمیزشوندگی سطح ابرآبگریز به دست آمده بررسی شد. همچنین مشاهده گردید که سطح ایجاد شده توانایی دفع اکثر مایعات را داراست.

سختکاری سطحی لیزری، یکی از تکنولوژی های امید بخش است که برای بهبود سطح فلزات به منظور اصلاح خواص تریبولوژیکی سطح بدون تاثیر بر روی خواص حجمی ماده مورد استفاده قرار می گیرد. در این مقاله بطور تجربی به بررسی قابلیت سختکاری سطحی لیزری فولاد ضد زنگ مارتنزیتی 410 با استفاده از لیزر دیودی توان بالای پیوسته با حداکثر توان 1600 وات پرداخته می شود. توان لیزری، سرعت روبش و فاصله از کانون پارامترهای متغیر در این تحقیق مورد بررسی است. تاثیر پارامترهای فرآیند روی عمق و پهنای لایه سخت شده و میکروسختی در منطقه مورد تاثیر لیزر مورد تحقیق قرار گرفته است. میکرو ساختار ناحیه تحت تاثیر لیزر، مورد مطالعه و مقایسه قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که با افزایش توان لیزر و کاهش سرعت روبش، میزان سختی و عمق بیشتر سختی حاصل می گردد. همچنین دستاوردها حاکی از آن است که با کاهش موقعیت فاصله کانونی، عمق سختی بیشتر و پهنای سختی کمتر بدست می آید. مشاهدات نشان می دهد که در لایه سخت شده میزان سختی 620 ویکرز با 1. 8 میلیمتر عمق سختی بدست آمده است. سختکاری سطحی فولاد 410 با لیزر دیودی حدودا 1. 43 برابر سختی عملیات حرارتی کوره ای است.

در این تحقیق مخلوطی از پودرهای فرومولیبدن (مقدار متغیر)، فروکروم و گرافیت (به مقدار ثابت) از طریق جوشکاری قوس تنگستن گاز GTAW بر روی زمینه فولاد ساده کربنی st37-2 روکش کاری شده است. بررسی خواص لایه ایجاد شده بر روی زیرلایه مربوطه با استفاده از میکروسکوپ های نوری و الکترونی روبشی (SEM)، میکروآنالیزور عنصری (EDS) و ریزسختی سنجی صورت گرفت. آنالیز پرتو ایکس (XRD) مشخص نمود که ریزساختار نمونه های مورد آزمایش متشکل از کاربیدهای کروم (Cr7C3) و (CrC) و کاربیدهای مولیبدن (MoC) هستند. علاوه بر این مشخص گردید که فاز آستنیت و فریت در هر دو نمونه تشکیل شده است. با افزایش مولیبدن به سیم جوش پایه Fe-Cr-C کاربید کروم (CrC) کمتری بر روی پوشش ایجاد شده است. نتایج آزمون سایش، بالاترین مقاومت به سایش را مربوط به نمونه شماره 2 حاوی Mo بیشتر با (69 راکول سی) نشان داده است. مطالعه نمونه ها با استفاده از میکروسکوپ الکترونی در ارتباط با سطوح ساییده شده و بررسی آنها مشخص نمود که ساز و کار سایش برای نمونه حاوی مولیبدن، همراه با سایش خراشان، چسبان و شخم زدن است.

با توجه به کاربردهای وسیع آلیاژهای منیزیم در صنایع گوناگون، خواص ضعیف سطحی آنها مانند مقاومت به اکسیداسیون و خوردگی همواره بعنوان یک چالش مهم در تجاری سازی این آلیاژها مطرح بوده است. ایجاد سطوح فوق آبگریز روشی کارآمد و موثر جهت بهبود مقاومت به خوردگی ضعیف آلیاژهای منیزیم بوده که در سال های اخیر بیش از پیش مورد توجه قرار گرفته است. در این تحقیق، ایجاد ساختار فوق آبگریز (SHPs) به روی آلیاژ AZ31 منیزیم به کمک غوطه وری درون محلول CuCl2 و NiSO4 و سپس غوطه وری در محلول استئاریک اسید (SA) مورد بررسی قرار گرفته است. زاویه تماس آب با سطح به دست آمده ° 5/151 اندازه گیری شده است. طیف سنجی تبدیل فوریه مادون قرمز (FTIR) حضور پیوند های مربوط به استئاریک اسید را روی سطح ارایه داد. همچنین تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی(FESEM) وجود یک ساختار پولک مانند را که موجب جلوگیری از نفود الکترولیت به زیرلایه منیزیم شده بود را نشان داد. نتایج آزمون طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی (EIS) و پلاریزاسیون پتانسیودینامیک مشخص نمود مقاومت به خوردگی سطح آبگریز حدود 1000 برابر از آلیاژ منیزیم بیشتر است که به دلیل مورفولوژی زبر و مولکول های جذب شده بود.