ارزيابي خواص پوشش هاي سخت نيتريدي توليد شده به روش رسوب فيزيكي بخار قوس كاتدي بر زيرلايه هاي فولادي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مواد

كارشناسي ارشد

پوشش هاي سخت نيتريدي با دارا بودن خواصي از جمله پايداري شيميايي بالا، چقرمگي مناسب، سختي و چسبندگي بالا و مقاومت به خوردگي و سايش عالي توسط روش رسوب فيزيكي بخار توليد مي¬شوند. در اين مطالعه، پوشش¬هاي نيتريدي ZrN، TiNو CrN به عنوان لايه¬هاي محافظ با روش رسوب فيزيكي بخار قوس كاتدي بر زيرلايه¬هاي فولاد زنگ نزن 420، فولاد ابزار H13 و فولاد كربني Ck45 پوشش¬دهي شدند. به منظور بهبود ريزساختار و افزايش سختي زيرلايه¬ها از عمليات حرارتي متناسب با هر فولاد استفاده شد. در ادامه براي ارزيابي ساختار كريستالي و اندازه دانه پوشش¬ها از آزمون پراش پرتو ايكس (XRD) استفاده شد. طبق نتايج به دست آمده از آناليز XRD فازهاي CrN و Cr2N در پوشش شناسايي شدند و شدت پيك¬هاي مربوط به فاز Cr2N در زيرلايه Ck45 بيشتر بود. ضخامت پوشش، مورفولوژي سطح و شيار سايش توسط ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) و طيف سنجي پراش پرتو ايكس (EDS) مورد بررسي قرار گرفت. زبري سطح نمونه¬ها قبل و بعد از عمليات پوشش¬دهي اندازه گيري و مشخص شد زبري سطح پس از عمليات پوشش¬دهي به علت وجود ماكروذرات بر سطح افزايش يافته است. با استفاده از آزمون چسبندگي كشش و آزمون سختي سنجي راكول C، چسبندگي پوشش به زيرلايه¬ها مورد ارزيابي قرار گرفت و مشخص شد كه چسبندگي پوشش به زيرلايه متاثر از زبري سطح است و پوشش TiN بر زيرلايه 420 بهترين رفتار چسبندگي را نشان داد. خواص مكانيكي پوشش¬ها توسط آزمون ميكروسختي سنجي بررسي و به منظور ارزيابي رفتار تريبولوژي نمونه¬ها از آزمون سايش پين روي ديسك بهره گرفته شد. ميانگين ضريب اصطكاك و نرخ سايش بررسي و گزارش شد. پوشش CrN بر زيرلايه 420 كمترين نرخ سايش، برابر (mm3/Nm) 10-6×2/1 و پوشش ZrN نرخ سايش بيشتر و برابر (mm3/Nm) 10-6×0/38 نشان داد، اما بيشترين نرخ سايش اين پوشش مربوط به زيرلايه Ck45 بود. رفتار خوردگي نمونه¬ها توسط آزمون طيف سنج امپدانس الكتروشيميايي و آزمون پلاريزاسيون پتانسيوديناميك با محلول 5/3 درصد NaCl مورد ارزيابي قرار گرفت. آزمون امپدانس الكتروشيميايي نشان داد كه پوشش CrN، با زبري كمتر، تعداد ماكروذرات و حفره كم روي سطح، اندازه دانه كوچكتر و ساختار ظريف و متراكم¬تر، در مقايسه با ساير نمونه¬ها، مقاومت به خوردگي بهتري از خود نشان داد. آزمون پلاريزاسيون پتانسيوديناميك نيز چگالي جريان خوردگي كمتر پوشش CrN بر زيرلايه 420 را اثبات كرد. بررسي¬ها نشان داد كه وجود ماكروذرات و حفرات بر سطح به شدت بر ميزان خوردگي تأثيرگذار است. پوشش ZrN بر زيرلايه Ck45 به علت تعداد ماكروذرات بيشتر بر سطح، مقاومت به خوردگي ضعيف¬تري از خود نشان داد. بر اساس يافته¬هاي اين تحقيق، پوشش CrN بر زيرلايه 420 بهترين رفتار و پوشش ZrN بر زيرلايه Ck45 ضعيف¬ترين رفتار را از ديدگاه سايش و خوردگي تجربه مي¬كند.

213113

شناسايي و انتخاب مواد مهندسي

مهندسي مواد

دانشگاه صنعتي اصفهان

مهران نحوي

علي شفيعي، محمدرضا سليمي جزي

فخرالدين اشرفي زاده