دانشکده - دانشکده فنی و مهندسی

دانشکده - دانشکده فنی و مهندسی

P.H.D dissertations

مقايسه اثر افزودن نانوذرات تيتانيا و زيركونيا بر رفتار الكتروشيميايي، تريبولوژيكي و بيولوژيكي پوشش‏هاي اكسيداسيون الكتروليتي پلاسمايي روي تيتانيم خالص
مريم مولايي
عليرغم كاربرد گسترده تيتانيم و آلياژهاي آن بهعنوان كاشتنيهاي ارتوپدي و دنداني، مشكلاتي همچون رهايش يونهاي سمي ناشي از دو پديده مخرب خوردگي و سايش از سطح، توانايي استخوانسازي ضعيف لايه اكسيدي و بروز عفونتهاي باكتريايي روي سطح، استفاده از اين كاشتنيها را با مشكل مواجه كرده است. خوشبختانه، اين موانع با اصلاح سطح تيتانيم و آلياژهاي آن به كمك انواع روشهاي پوششدهي تا حد زيادي قابل رفع است
Thesis summary

Master Theses

اعمال پوشش هاي پايه AlCrSiTiZr آنتروپي بالا و بررسي رفتارهاي تريبولوژيكي و الكتروشيميايي آنها
عرفان لطفي خجسته
در اين پژوهش، پوشش هاي آنتروپي بالا بر پايه AlCrSiTiZr در دو دسته آلياژي تك لايه (Single-layer High-Entropy Alloy) و نيتريدي چندلايه (Multi-layer High-Entropy Nitride) با استفاده از روش تبخير قوس كاتدي (CAE-PVD) بر زيرلايه فولاد زنگ نزن 304 اعمال شدند. تعدادي از نمونه هاي هر دو پوشش تحت عمليات حرارتي آنيل در دماي 800 درجه سلسيوس در اتمسفر هوا قرار گرفته و به پوشش هاي تك لايه آلياژي آنيل شده (Annealed Single-layer High-Entropy Alloy) و چندلايه نيتريدي آنيل شده (Annealed Multi-layer High-Entropy Nitride) تبديل شدند. محاسبه پارامتر آنتروپي اختلاط (ΔSmix) نشان داد كه هر دو پوشش SHEA با 59/12 ژول بر كلوين در مول و MHEN با 48/12 ژول بر كلوين در مول، در محدوده آنتروپي بالا قرار دارند. از آزمون هاي پراش پرتو ايكس (XRD)، پراش پرتو ايكس با زاويه كم (GIXRD)، ميكروسكوپ الكتروني روبشي گسيل ميدان (FESEM)، ميكروسكوپ الكتروني عبوري با وضوح بالا (HR-TEM) و طيف سنجي فوتوالكترون اشعه ايكس (XPS) به منظور بررسي فازي و ساختاري پوشش ها استفاده شده است. پوشش SHEA داراي ساختاري عمدتاً آمورف با تراكم كم جزاير نانوبلوري HCP و پوشش MHEN داراي ساختار نانوكامپوزيتي با جزاير نانوبلوري FCC است. نتايج حاصل شده نشان داد كه پوشش MHEN توانايي تشكيل لايه اكسيدي كمتري به دليل وجود نيتريد هاي پايدار در ساختار، در مقايسه با پوشش SHEA دارد. انجام عمليات حرارتي آنيل سبب تشكيل فاز هاي TiO2 و SiO2 در پوشش ASHEA و تشكيل فاز SiO2 در پوشش AMHEN شده است. نتايج آزمون ترشوندگي نشان داد كه سه پوشش SHEA، MHEN و AMHEN با زواياي 106، 132 و 125 درجه جزو پوشش هاي آب گريز و پوشش ASHEA با زاويه 150 درجه جزو پوشش هاي فوق آب گريز است. آزمون نانودندانه گذاري نشان داد كه با حضور گاز واكنشي نيتروژن و معماري چندلايه در پوشش MHEN سختي تا 5/1 برابر در مقايسه با پوشش SHEA و با انجام عمليات حرارتي آنيل بر پوشش SHEA و تشكيل پوشش ASHEA سختي تا 8/2 برابر افزايش يافته است. آزمون سايش نشان داد كه بالاترين مقاومت به سايش مربوط به پوشش ASHEA بوده است كه در محيط خشك تا 3 برابر و در محلول 5/3 درصد وزني NaCl تا 25/1 برابر نرخ سايش كمتري در مقايسه با پوشش SHEA دارد. سختي بالا و حضور فازهاي جامد روان كار در سطح از دلايل افزايش مقاومت به سايش بو
Thesis summary
بررسي رفتار سايشي پوشش بورايدي روي كاشتني تيتانيوم در محيط شبيه ساز بدن
سميرا رضايي مقدميان
يكي از كاربردهاي گسترده تيتانيوم و آلياژهاي آن در مصارف پزشكي، استفاده به عنوان كاشتني است. تيتانيوم و آلياژهاي آن براي كاربردهاي زيست پزشكي ويژگي هاي مقبول ذاتي فراواني دارند. با اين وجود از لحاظ رفتارهاي سطحي و تريبولوژي دچار ضعف هستند. در اين پژوهش با ايجاد پوشش محافظ بورايدي روي تيتانيوم خالص تجاري، به بررسي رفتار سايشي اين پوشش در محلولي با غلظت يوني نسبتاً مشابه با پلاسما خون كه تحت شرايط دمايي و pH فيزيولوژيكي بدن است (SBF)، پرداخته شد. بدين منظور، فرآيند بوردهي به روش پك سمانتاسيون در دو دماي مختلف (950 و 1050 درجه سلسيوس) و مدت زمان ثابت (1 ساعت) انجام شد. به منظور شناسايي فازهاي تشكيل شده از آزمون پراش پرتو ايكس (XRD) و جهت بررسي ريزساختار، مورفولوژي و ضخامت لايه هاي بورايد از تصاوير ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) بر روي نمونه هاي پوشش دهي شده استفاده شد. نتايج حاصل از XRD و SEM به خوبي نشان دهنده ي ايجاد لايه بورايدي از ويسكرهايTiB و لايه متراكم از فاز TiB2 بر روي سطح تيتانيوم خالص تجاري در دماي 950 و 1050 درجه سلسيوس بود. آزمون هاي زبري سنجي، سختي سنجي و ترشوندگي جهت ارزيابي خواص سطح نمونه ها به عمل آمد. همچنين به منظور بررسي اثر نوع پوشش بورايدي بر رفتار تريبولوژي آن، ابتدا به طراحي آزمايش به كمك مدل سازي سطح پاسخ به روش باكس-بنكن، توسط نرم افزار Design-Expert پرداخته شد. سپس آزمون سايش پين بر روي ديسك در شرايط مختلف در دو محيط خشك (هوا) و تر (SBF) انجام شد. همچنين ساختار ميكروسكوپي و آناليز فازي از سطح سايش و ذرات سايش هر يك از نمونه هاي پوشش دهي شده بررسي شد و سپس نتايج با نمونه تيتانيوم خالص مقايسه شد. بررسي نتايج نشان داد كه با ايجاد پوشش بورايدي روي تيتانيوم خالص نه تنها منجر به سخت شدن سطح مي شود بلكه سبب افزايش مقاومت به سايش و كاهش اصطكاك در شرايط تحت بار مي شود. همچين ميزان رهايش فلزات به محلول شبيه سازي شده بدن توسط آناليز طيف سنجي جرمي پلاسماي جفت شده القايي (ICP) بررسي شد و نتايج نشان داد كه ميزان رهايش فلز تيتانيوم بسيار اندك بود. با توجه به نتايج اين پژوهش، تيتانيوم با پوشش بورايدي باعث بهبود چشم گير رفتار تريبولوژي سطح آن در محيط شبيه ساز بدن مي شود كه كاربرد بيولوژيكي آن را توسعه مي دهد.
Thesis summary
بررسي تأثير تركيب شيميايي و زبري بر خواص سطحي پوشش هاي نانوساختار CrTiN اعمال شده به روش PVD
زهرا افشار
در اين پژوهش، تأثير تركيب شيميايي و زبري بر خواص سطحي پوشش هاي نانوساختار TiN/CrN كه به روش نهشت فيزيكي بخار با استفاده از تبخير قوس كاتدي (CAE-PVD) اعمال شده اند مورد بررسي قرار گرفت. پوشش ها در 4 حالت روي زيرلايه فولاد زنگ نزن 410 اعمال شدند. پوشش چندلايه TiN/CrN با لايه فوقاني TiN و CrN كه هر دو پوشش، حالت صاف (پوليش-شده) و زبر داشتند. سپس خواص پوشش ها مورد بررسي قرار گرفت. خواص ريزساختاري، خواص فازي و خواص مورفولوژي پوشش ها توسط آزمون پراش پرتو ايكس (XRD) و ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) و ميكروسكوپ الكتروني روبشي نشر ميداني (FESEM) بررسي شد. آزمون هاي زبري، ترشوندگي و چسبندگي نيز انجام شد. براي بررسي خواص مكانيكي و تريبولوژيكي پوشش ها آزمون هاي نانوفرورونده، سايش لغزشي گلوله روي ديسك و فرسايش در دو زاويه ضربه 30 و 90 درجه انجام شد. نتايج نشان داد كه پوشش ها داراي ساختار FCC هستند و ضخامت كلي پوشش ها در محدوده 6 ميكرومتر و ضخامت هر نانولايه در محدوده 40 تا 80 نانومتر است. چسبندگي هر دو پوشش نيز در رده صفر و مطلوب بود. آزمون ترشوندگي نشان داد كه پوشش با لايه فوقاني CrN آب گريز است و با افزايش زبري، ميزان آب گريزي آن افزايش مي يابد و پوشش با لايه فوقاني TiN آب دوست است و با افزايش زبري، ميزان آب دوستي آن افزايش مي يابد و هر دو پوشش از مدل ونزل تبعيت مي كنند. نتايج آزمون نانوفرورونده نشان داد كه مقادير سختي زيرلايه و پوشش هاي با لايه فوقاني CrN و TiN به ترتيب برابر "3/99" ، "16/13" و "22/25" گيگاپاسكال، مدول يانگ به ترتيب برابر "266/23" ، "301/37" و "380/7" گيگاپاسكال، نسبت H/E به ترتيب برابر "0/015" ، "0/053" و "0/058" و نسبت H^"3" /"E" ^"2" به ترتيب برابر "0/00089" ، "0/046" و "0/076" گيگاپاسكال است. نتايج آزمون سايش نيز نشان داد كه نرخ سايش در پوشش هاي TiN صاف، TiN زبر، CrN صاف و CrN زبر نسبت به زيرلايه به ترتيب حدود 86 درصد، 99 درصد، 53 درصد و 26 درصد كاهش يافته است. نتايج آزمون فرسايش نيز نشان داد كه ميزان جرم از دست رفته در زاويه ضربه 30 درجه براي زيرلايه و پوشش هاي TiN صاف، TiN زبر، CrN صاف و CrN زبر به ترتيب برابر با "3/9" ، "1/05" ، "1/35" ، "1/25" ، "1/4" ميلي گرم و در زاويه 90 درجه به ترتيب برابر با "2/35" ، "1/35" ، "2/25" ، "1/4" ، "2/4" ميلي گرم است.
Thesis summary
بررسي ارتباط بين خواص مكانيكي و رفتار فرسايشي پوششهاي نانوساختار نيتريدي اعمال شده به روش رسوب گذاري فيزيكي از فاز بخار
نفيسه فرشته صنيعي
يكي از چالش هاي موجود در مورد قطعات صنعتي، تخريب سطحي ناشي از فرسايش است. مهندسي سطح، به عنوان يك راهكار اصلي براي افزايش مقاومت ماده در برابر فرسايش مطرح است. از اين رو در پژوهش حاضر با هدف افزايش مقاومت به فرسايش، سه پوشش CrN، CrTiN و CrTiSiN به روش رسوب گذاري فيزيكي از فاز بخار بر فولاد مارتنزيتي 410 اعمال شدند. جهت شناسايي فازها از پراش پرتو ايكس (XRD) استفاده شد. همچنين ارزيابي مورفولوژي سطح و سطح مقطع پوشش ها توسط ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) و ميكروسكوپ الكتروني روبشي گسيل ميداني (FESEM) صورت پذيرفت. خواص مكانيكي پوشش ها توسط آزمون نانودندانه گذاري ارزيابي شد. به منظور بررسي رفتار فرسايشي پوشش ها، آزمون فرسايش توسط ذرات جامد از جنس SiO2 در دو زاويه ي 30 و 90 درجه صورت گرفت. همچنين جهت ارزيابي مقاومت به سايش پوشش ها، آزمون سايش پين روي ديسك توسط پيني از جنس Al2O3 انجام شد.
Thesis summary
تأثير افزودن نانو ذرات TiO2 بر رفتار سايشي و خوردگي پوشش هاي سراميكي ايجاد شده روي آلياژ منيزيم AZ31 به روش اكسيداسيون الكتروليتي پلاسمايي
حنانه مظفرنيا
در اين پژوهش، پوشش هاي سراميكي روي آلياژ منيزيم AZ31 با استفاده از فرآيند پوشش دهي اكسيداسيون الكتروليتي پلاسمايي در الكتروليت پايه فسفاتي حاوي غلظت هاي مختلف نانو ذرات TiO2، تحت جريان مستقيم پالسي ايجاد شدند. يكي از اجزاي ثابت الكتروليت پايه ذرات هيدروكسي آپاتيت بود كه به روش رسوب شيميايي تر سنتز شد. فرآيند پوشش دهي تحت فركانس 1000 هرتز، چگالي جريان 1 آمپر، چرخه كاري 50 درصد و زمان 7 دقيقه انجام شد. در ادامه اثر غلظت هاي مختلف 0، 1، 2، 3 و 4 گرم بر ليتر نانو ذرات TiO2 در الكتروليت پايه بر خواص مختلف پوشش ها نظير ريزساختار، ضخامت، تركيب فازي و عنصري، زبري سطح، ميزان ترشوندگي سطح، رفتار خوردگي و رفتار سايشي بررسي شد.
Thesis summary
بررسي اثر افزودن عناصر تيتانيوم و آلومينيوم به پوشش نانوساختار CrN اعمال شده به روش لايه نشاني فيزيكي تبخير قوس كاتدي بر فولاد ابزار گرم كار H13
كتايون جوكار
هدف از انجام اين پژوهش، بررسي تاثير افزودن عناصر تيتانيوم و آلومينيوم به پوشش نانوساختار CrN لايه نشاني شده به روش رسوب فيزيكي بخار قوس كاتدي(Arc-PVD) بر روي زيرلايه فولاد ابزار گرم كار H13 بود. همچنين بررسي مقايسه اي رفتار سايشي و خوردگي اين پوشش ها مدنظر گرفته شد. به اين منظور پوشش دهي به روش رسوب فيزيكي بخار قوس كاتدي به مدت 60 دقيقه در دماي 200 درجه سانتي گراد با ضخامت تقريبي 2 ميكرومتراعمال شد. به منظور مقايسه خواص پوشش ها، همه شرايط پوشش دهي ثابت در نظرگرفته شد. براي مشخصه يابي فازي و بررسي سطح و ضخامت پوشش ها از دستگاه هاي الگوي پراش پرتو ايكس (XRD)، ميكروسكوپ الكتروني روبشي(SEM) ، ميكروسكوپ الكتروني روبشي گسيل ميدان (FESEM) وآزمون ترشوندگي استفاده شد. خواص مكانيكي و سايشي پوشش هاي مورد نظر توسط آزمون هاي چسبندگي، نانوفرورونده و سايش پين بر ديسك مورد آناليز قرار گرفت. براي بررسي رفتار خوردگي پوشش ها از دستگاه پلاريزاسيون پتانسيوديناميك و طيف سنجي امپدانس الكتروشيميايي در محلول 5/3 درصد وزني كلريد سديم استفاده شد. تصاوير SEM نشان داد كه پوشش CrN داراي سطح يكنواخت و همگن تري نسبت به ساير نمونه ها بود. نتايج حاصل از الگوي پراش پرتو ايكس حاكي از آن بود كه فازهاي CrN، AlN و TiN، به عنوان فازهاي غالب شناسايي شدند و بيش ترين شدت پيك در صفحه (200) به دست آمد. ارزيابي نتايج حاصل از آزمون ترشوندگي نشان داد كه پوشش هاي CrN و TiCrN آب دوست و پوششAlCrN آب گريز بودند. بررسي نتايج به دست آمده از آزمون نانوفرورونده مشاهده گرديد كه پوششTiCrN بيش ترين عدد سختي (49/36 گيگا پاسكال)و بيش ترين مدول يانگ (9/362 گيگا پاسكال) را داشت. نتايج رفتار سايشي توسط آزمون سايش نشان داد كه پوشش CrN با كم ترين ضريب اصطكاك (35/0) و عدم كاهش وزن سايشي، رفتار سايشي بهتري در مقايسه با نمونه هاي ديگر داشت. بررسي نتايج حاصل از آزمون طيف-سنجي امپدانس الكتروشيميايي و پلاريزاسيون پتانسيوديناميك نشان داد كه مقاومت پوشش بيش از مقاومت حفرات پوشش بود و پوشش CrN با مقاومت پوشش برابر با 1900 كيلو اهم بهترين رفتار خوردگي را داشت. همچنين پوشش CrN با چگالي جريان خوردگي برابر با 9-10× 84/2 A cm-2 و پتانسيل خوردگي برابر با 06/0- ولت داراي بهترين رفتار خوردگي بود.
Thesis summary