ارزيابي سينتيكي و خواص سطحي پوشش نيتريدي ايجاد شده به روش نيتروژندهي پلاسمايي با توري فعال روي آلومينيم

دكتري

در اين پژوهش، از روش نيتروژن¬دهي پلاسمايي با استفاده از توري فعال آهني براي ايجاد لايه نيتريدي تركيبي روي آلومينيم استفاده‌ شده است. سينتيك رشد لايه¬ تركيبي و ذرات نيتريدي ايجاد شده در سطح پوشش در حين فرآيند نيتروژن¬دهي پلاسمايي و هم¬چنين مكانيزم تشكيل پوشش مورد ارزيابي قرارگرفته است. بدين منظور 12 نمونه از جنس آلومينيم خالص كار شده 1050، در سه دماي 450، 500 و 550 درجه سانتي¬گراد و چهار زمان 2، 5، 10 و 15 ساعت در شرايطي ثابت با تركيب گازي N280%+ H220%، فشار 5 ميلي¬بار، چرخه¬كاري 80% و فركانس 10 كيلوهرتز تحت عمليات پوشش¬دهي با روش نيتروژن‌دهي پلاسمايي با توري فعال قرار گرفت. هم¬چنين نمونه‌ها با استفاده از روش نيتروژن¬دهي پلاسمايي معمولي در شرايط عملياتي بهينه نيز مورد عمليات قرار گرفت، تا مقايسه‌اي از نظر خواص سطحي با پوشش تركيبي جديد ايجاد شده انجام شود. براي بررسي مشخصات پوشش از جمله تركيب شيميايي پوشش، اندازه ذرات سطحي، ضخامت لايه تركيبي، توپوگرافي سطح و سختي سطح از دستگاه¬هاي آناليز اشعه ايكس (GIXRD)، آناليز طيف¬نگاري فوتوالكترون اشعه ايكس (XPS)، طيف‌سنجي رامان (Raman)، طيف‌سنجي (GD-OES)، ميكروسكوپ نيروي اتمي (AFM)، ميكروسكوپ الكتروني روبشي گسيل ميداني (FE-SEM)، نانوسختي سنجي¬ و اندازه‌گيري سختي خراشي استفاده شد. نتايج بررسي سينتيكي نشان داد كه احتمال نفوذ مرزدانه‌اي بيشتر از نفوذ حجمي است. هم¬چنين در بررسي سينتيك رشد لايه تركيبي، مقادير Q و K0 به ترتيب 37337 ژول بر مول و 8-10×646/3 متر بر ثانيه محاسبه شد. با توجه به نتايج به دست آمده از بررسي مكانيزم تشكيل پوشش، مكانيزم جديدي براي تشكيل لايه تركيبي نيتريدي پيشنهاد شد كه مطابق آن لايه تركيبي به دو بخش مجزاي ذرات نيتريد سطحي (ذرات نيتريد آهن) و بخش نفوذي (لايه تركيبي مخلوطي از فازهاي AlNو ε:Fe2-3N) تقسيم مي¬شود. در نهايت با بررسي خواص سطحي پوشش¬هاي ايجاد شده مشخص شد كه استحكام چسبندگي و خراشي پوشش تك لايه نيتريدي AlN ايجاد شده به روش نيتروژن¬دهي پلاسمايي معمولي (LC3=12N) بيشتر از استحكام چسبندگي و خراشي پوشش تركيبي ايجاد شده به روش نيتروژن¬دهي پلاسمايي با توري فعال (LC3=10N) است. شكست¬هاي ايجاد شده در اثر آزمون خراش روي پوشش نيتريدي از نوع ترك¬هاي Tensile-type hertzian وForward chevron هستند و با افزايش بار، شكست¬ها ايجاد شده به سمت شكست¬هاي Interfacial spallation and chipping پيش مي¬روند.

191771

دانشگاه علم و صنعت ايران

مواد و متالورژي

دكتر منصور سلطانيه