17664

1919 دكتري

دكتري

مهندسي مواد

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

1401

پانزده، 121ص: مصور، جدول، نمودار

فخرالدين اشرفي زاده، مسعود عطاپور

ريحانه ريخته گران

بهروز موحدي، مهران نحوي، عبدالمجيد اسلامي

1401/03/30

كتابنامه

مهندسي مواد

مهندسي مواد

1401/04/01

2839100

پوشش هاي دولايه NiP/TiN بر آلياژ آلومينيوم AA6061 با استفاده از فرايندهاي الكترولس و رسوب فيزيكي بخار، به منظور بهبود ظرفيت بارپذيري، و خواص سايشي و خوردگي اعمال شده اند. در پژوهش پيش رو سه هدف پيگيري شده است: الف) مدلسازي و تعريف كمّي ظرفيت بارپذيري، ب) مدلسازي مشخصه هاي تريبولوژيكي، ج) مدلسازي چگالي جريان خوردگي. مدلسازيِ بارپذيري نمونه ها بر اساس سه متغير شامل ضخامت پوشش (از 7 تا 30 ميكرون)، چسبندگي (از 8 تا 24 مگاپاسكال) و مدول الاستيك (از241 تا 347 گيگاپاسكال)، با استفاده از روش هاي حداقل مربعات جزئي (PLS) و رگرسيون بردار پشتيبان (SVR)، انجام شد. نتايج مدلسازي ها حاكي از آن بود كه هر دو مدل داراي دقت خوبي هستند؛ با اين حال، مدل PLS از SVR عملكرد بهتري را نشان داد. ضريب همبستگي كه نشان دهنده ارتباط خطي ميان متغيرها است، بين فاكتورهاي ضخامت (X1) ، چسبندگي (X2) و مدول الاستيك (X3) با ظرفيت بارپذيري (Y) به ترتيب 0.8500، 0.8092 و 0.7657 به دست آمد؛ بدين ترتيب ضخامت مهمترين عاملِ موثر بر بارپذيري شناخته شد. بارپذيري نمونه ها به صورت تجربي با استفاده از آزمايش هاي سايش و چسبندگي ارزيابي شد. سطح ساييده شده نمونه ها توسط ميكروسكوپ الكتروني روبشي مورد بررسي قرار گرفت و نتايج حاكي از آن بود كه پوشش هاي با ظرفيت بارپذيري بالاتر، عملكرد تريبولوژيكي بهتري از خود نشان مي دهند. براي اين پوشش ها تحت بار 2 نيوتن و پس از طي مسافت 100متر، پوشش TiN دچار سايش خفيف شد و لايه مياني و زيرلايه محفوظ ماندند. در بخش بعدي پژوهش، براي نمونه بهينه (نمونه اي با بالاترين ظرفيت بارپذيري) با دو لايه پوشش هاي نيكل ِفسفر متوسط و TiN، به ترتيب با ضخامت هاي 25 و 5 ميكرون، مدلسازي خواص سايشي و خوردگي با استفاده از روش سطح پاسخ (RSM) انجام شد و اثرات بار اعمالي، سرعت چرخش و طول مسير سايش بر رفتار تريبولوژيكي، با استفاده از آزمون گلوله روي ديسك بررسي شد. همچنين، بعد از مقايسه رفتار خوردگي پوشش هاي تك لايه و دولايه در محلول سديم كلريد خنثي با دماي 25 درجه سانتي گراد و غلظت mol/L 0.6، اثراتِ همزمانِ دما، pH و غلظت كلر بر چگالي جريان خوردگي مورد ارزيابي قرار گرفت. مدل هاي ارايه شده، عمق سايش، ضريب اصطكاك و چگالي جريان خوردگيِ نمونه بهينه را به ترتيب با ضريب تعيين % 99.95، % 94.39 و % 92.51 پيش بيني كردند. آناليز سايش با استفاده از RSM نشان داد كه بار اعمالي، مهمترين فاكتور موثر بر عمق سايش و ضريب اصطكاك است. نمونه بهينه در بار 2 نيوتن دچار سايش خفيف شد و در بار 12 نيوتن، هر دو لايه پوشش به طور كامل تخريب شدند. با استفاده از آزمون امپدانس الكتروشيميايي، لايه مياني در نمونه بهينه از طريق مسدودكردن حفرات پوشش رويي، منجر به مقاومت به خوردگي بالايي شد؛ پس از 1 روز غوطه وري در محلول mol/L 0.6 كلريد سديم، هر دو پوشش در حفاظت از زيرلايه نقش داشتند. با افزايش زمان غوطه وري به 7 روز، حضور حلقه القايي نشانگر تماس محلول خورنده به صورت موضعي با لايه مياني بود؛ در حقيقت پوشش TiN در آن مناطق عملكرد سديِ خود را از دست داده اما پوشش NiP همچنان محافظ زيرلايه بود. بر اساس آزمون هاي پلاريزاسيون پتانسيوديناميك، pH موثرترين عامل براي چگالي جريان خوردگي شناخته شد؛ چگالي جريان خوردگي با افزايش دما و كاهش pH محلول افزايش يافت. رفتار خوردگي پوشش دولايه NiP/TiN در سطوح مختلف pH (2، 7 و 12)، كاهش 25 برابريِ چگالي جريان خوردگي را در يك محيط قليايي در مقايسه با محلول اسيدي نشان داد. با توجه به نتايج به دست آمده، مدل هاي ارايه شده براي پيش بيني بارپذيري، و خواص سايشي و خوردگيِ پوشش هاي دولايه در كاربردهاي آينده مناسب مي باشند؛ با اين حال، توسعه مدل ها به كاراييِ بيشتر آنها كمك خواهد نمود.

Duplex NiP/TiN coatings consisted of the electroless intermediate layers and the Physical Vapor Deposition (PVD) top layers were fabricated on the AA6061 aluminum alloy in order to enhance the load bearing, and wear and corrosion properties. In this study the load bearing was modeled based on the thickness, adhesion and elastic modulus of the coatings. For this purpose, Partial Least Square (PLS) and Support Vector Regression (SVR) approaches were employed. The results showed that both models had an acceptable performance, however, the PLS model outperformed SVR. The correlation coefficients between thickness, adhesion and elastic modulus with load bearing were 0.8500, 0.8092 and 0.7657, respectively; so thickness had the greatest effect on the load bearing capacity. Also, the modeling of wear and corrosion properties was done for the sample with highest load bearing using Response Surface Methodology (RSM). The simultaneous effect of applied load, sliding velocity, and sliding distance on the tribological characteristics, and the effects of pH, temperature, and Clˉ concentration on corrosion current density of NiP/TiN coated aluminum alloy was studied by employing the Central Composite Experimental Design method. According to the outcome of developed model, coefficient of determination values of 99.95%, 94.39% and 92.51% were obtained for the wear depth, friction coefficient and corrosion current density, respectively. Scanning electron microscopy (SEM) examination of the worn surfaces after 500 m sliding revealed slight wear on the surface of the duplex coating under 2 N load (with the final friction coefficient of 0.35). By increasing the load to 7 N, heavier wear was observed, and the final friction coefficient was increased to 0.5. At the load of 12 N, both TiN and NiP layers were removed, and the final friction coefficient of 0.8 was recorded. Ultimately, wear analysis using RSM revealed that the applied load was the most important factor influencing the wear depth and friction coefficient of the coated specimens. The pH had the maximum effect on corrosion current density among all the parameters, followed by temperature and Clˉ concentration. The corrosion behavior of NiP/TiN coating at different pH levels (2, 7, 12) demonstrated 25 times reduction of corrosion current density in an alkaline environment compared to an acidic solution.

فخرالدين اشرفي زاده، مسعود عطاپور

ريحانه ريخته گران

بهروز موحدي، مهران نحوي، عبدالمجيد اسلامي