بررسی تاثیر فرایندهای تکمیلی حرارتی بر خواص سطحی پوشش¬های بر پایه نیتریدکروم اعمال شده به روش رسوب بخار فیزیکی

نوع: Type: پایان نامه

مقطع: Segment: کارشناسی ارشد

عنوان: Title: بررسی تاثیر فرایندهای تکمیلی حرارتی بر خواص سطحی پوشش¬های بر پایه نیتریدکروم اعمال شده به روش رسوب بخار فیزیکی

ارائه دهنده: Provider: الهه بقائی - مهندسی مواد

اساتید راهنما: Supervisors: دکتر حسن علم خواه

اساتید مشاور: Advisory Professors: دکتر میثم نوری

اساتید ممتحن یا داور: Examining professors or referees: دکتر حمید اصفهانی، دکتر امید ایمان طلب

زمان و تاریخ ارائه: Time and date of presentation: ساعت 10 - 1404/7/27

مکان ارائه: Place of presentation: کلاس71 دانشکده مهندسی

چکیده: Abstract: : امروزه پوشش¬های مبتنی بر نیترید کروم به دلیل خواص مطلوبی که از خود نشان می¬دهند یکی از پوشش¬های کارآمد در صنعت هستند. در بین روش¬های رایج اعمال این پوشش¬ها، روش رسوب¬گذاری از فاز بخار (PVD) با منبع تبخیر قوس کاتدی به دلیل مزایایی همچون دمای پایین¬تر، نرخ لایه¬نشانی بالاتر و سازگاری زیست محیطی بیشتر فرایند، پرطرفدارتر است. با توجه به اهمیت خواص سطحی شامل چسبندگی پوشش به زیرلایه، آبگریزی سختی سطح و خواص سایشی در شرایط کاری، ارزیابی عملکرد این پوشش¬ها حائز اهمیت است. به منظور مطالعه تاثیر قرارگیری این پوشش¬ها در دماهای بالاتر، از عملیات¬های تکمیلی حرارتی استفاده شد. در این پژوهش سه عملیات تکمیلی نیتراسیون پلاسمایی، آنیل کاری (در دو دمای 500 و 700 درجه سلسیوس) و فرایند لیزر، روی سطوح پوشش¬های CrN/CrTiSiN اعمال شده به روش Arc-PVD روی زیرلایه فولاد304 انجام شد. در قدم اول بررسی ریزساختار سطح و سطح مقطع با استفاده از میکروسکوپ های الکترونی روبشی (SEM) و الکترونی روبشی نشر میدان (FESEM)، انجام شد. ضخامت پوشش حدود 1.3 میکرومتر برای تک لایه CrN، 3 میکرومتر برای CrN/CrTiSiN و 1.2 میکرومتر برای لایه CrTiSiN واقع در سطح بود. از آنالیز پراش پرتو ایکس (XRD) برای فازیابی پوشش¬ها پس از عملیات تکمیلی استفاده شد. شدت پیک¬های نیترید کروم پس از عملیات نیتراسیون در نمودار بیشتر شد در حالی که پس از آنیل پیک¬های فاز اکسیدی TiO2 مشاهده شد. زبری سطح در سه جهت افقی، عمودی و مورب از قطعه گرفته شد و میانگین مقادیر به عنوان Ra و Rz بیان شد. حضور فازهای اکسیدی در فرایند آنیل سبب افزایش زبری شد به¬طوری¬که از 0.161 میکرومتر برای پوشش، به 0.167 میکرومتر برای آنیل 500℃، و 0.193میکرومتر برای 700℃ رسید. فرایند لیزر به دلیل ایجاد اغتشاش در سطح سبب رشد تقریبا 6 برابری زبری نسبت به پوشش شد و تنها نیتراسیون، زبری را به 0.121 میکرومتر کاهش داد. طی 90 روز پس از اعمال عملیات تکمیلی بر پوشش، در بازه¬های زمانی منظم آزمون ترشوندگی با استفاده از آب مقطر روی نمونه انجام و زوایای تماس محاسبه شد. بیشترین تغییر مربوط به نمونه لیزر شده است در نهایت پس از 90 روز، زاویه تماس 128° را از خود نشان داده است. پوشش¬های نیتراسیون شده و آنیل شده در 500℃ و 700℃ نسبت به پوشش CrN/CrTiSiN افزایش زاویه تماس داشته¬اند و از 78° برای پوشش به ترتیب به مقادیر90°،82° و 88° رسیدند. به منظور بررسی خواص تریبولوژیکی نمونه¬ها از آزمون سایش گوی روی صفحه با استفاده از ساینده آلومینا (Al2O3) در محیط خشک و دمای اتاق، با مسافت 200متر و بار اعمالی 3 و 5 نیوتن استفاده شد. داده¬های بدست آمده از این آزمون شامل نمودارهای ضریب اصطکاک بر حسب مسافت طی شده، حجم از دست رفته، نرخ سایش، عمق و عرض شیار سایش برای مقایسه عملکرد بین نمونه¬ها در هر دو نیروی 3 و 5 نیوتن به طور مجزا به کارگرفته شد. نمونه لیزر شده در هر دو نیرو مقاومت به سایش ضعیفی از خود نشان داد و مشابه زیرلایه خام بود. در 3 نیوتن، حجم از دست رفته و نرخ سایش برای پوشش تنها و نیتراسیون شده و آنیل شده در هر دو دما مشابه به هم و بیش از 50 برابر نسبت به زیرلایه فولاد کمتر بود. اما در 5 نیوتن تفاوت مشهودتر بود. حجم از دست رفته و نرخ سایش در پوشش تنها 1.5برابر و در آنیل 500 درجه (با بهترین عملکرد) 3 برابر کمتر از زیرلایه فولادی بود. حجم از دست رفته در 5 نیوتن برای زیرلایه، پوشش، نمونه نیتراسیون شده، آنیل شده در 500℃، 700℃ و نمونه لیزر شده به ترتیب، 1.33، 0.9، 0.96، 0.47، 0.64 و 1.08 میلیمتر مکعب است. نمونه¬ها بعد از 24 ساعت غوطه¬وری در محلول 3.5 درصد NaCl مورد آزمایش پلاریزاسیون قرارگرفتند. پوشش کمترین Ecorr با مقدار 55.14-، و نمونه آنیل شده در 500℃ بالاترین Ecorr با مقدار 91.45+ را نشان داد که نشان¬دهنده شروع دیرتر خوردگی برای این نمونه است.