پديد آورنده :
اكوچكيان، الهه
عنوان :
ارزيابي خواص پوشش هاي سخت نيتريدي توليد شده به روش رسوب فيزيكي بخار قوس كاتدي بر زيرلايه هاي فولادي
مقطع تحصيلي :
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي :
شناسايي و انتخاب مواد مهندسي
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
پانزده، [114] ص.: مصور (رنگي)، جدول، نمودار
استاد راهنما :
فخرالدين اشرفي زاده
توصيفگر ها :
رسوب فيزيكي بخار , پوشش نيتريدي , قوس كاتدي , سايش و اصطكاك , خوردگي
استاد داور :
علي شفيعي، محمدرضا سليمي جزي
تاريخ ورود اطلاعات :
1401/04/12
رشته تحصيلي :
مهندسي مواد
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1401/04/13
چكيده فارسي :
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.
چكيده انگليسي :
Hard nitride coatings with properties such as high chemical stability, good toughness, high hardness and adhesion, excellent corrosion and abrasion resistance are produced by physical vapor deposition method. In this study, TiN, CrN and ZrN coatings were coated as hard layers by cathodic arc vapor deposition on 420 stainless steel, H13 tool steel and Ck45 carbon steel substrates. In order to improve the microstructure and increase the hardness of the substrates, heat treatment cycles appropriate to each steel were carried out. X-ray diffraction (XRD) was employed to evaluate the crystal structure and grain size of the coatings. According to the results obtained from XRD analysis, CrN and Cr2N phases were identified in the chromium nitride coatings and the peaks of Cr2N had higher intensity in the Ck45 substrate. CrN coating on substrate 420 revealed smaller grain size. Coating thickness, surface morphology and wear tracks were examined by scanning electron microscope (SEM) and energy dispersive spectroscopy (EDS). The surface roughness of the samples was measured before and after the coating operation and it was found that the roughness increased after the coating due to the presence of macroparticles on the surface. Using Pull-off test and Rockwell C hardness test, the adhesion of the coating to the substrates was evaluated; it was found that the adhesion of the coating to the substrate is affected by surface roughness and TiN coating on substrate 420 showed the best adhesion behavior. The mechanical properties of the coatings were investigated by microhardness test and in order to evaluate the tribological behavior, the pin-on-disc wear tests were conducted to report the mean coefficient of friction and wear rate. CrN coating on the substrate 420 showed the lowest wear rate, but the highest wear rate belonged to ZrN coating on Ck45 substrate. Corrosion behavior of the specimens was evaluated by electrochemical impedance spectroscopy and potentiodynamic polarization tests in 3.5% NaCl solution. Electrochemical impedance test showed that CrN coating, with lower roughness, less number of macroparticles and small holes on the surface, fine grain size and dense structure, showed better corrosion resistance than other coatings. Potentiodynamic polarization tests also proved the lower corrosion current density of the CrN coating over 420 substrate. Studies have shown that the presence of macroparticles and cavities on the surface strongly affects the amount of corrosion. ZrN coating on Ck45 substrate showed lower corrosion resistance. Based on the findings of this study, CrN coating on 420 substrate experiences the best performance and ZrN coating on Ck45 substrate proved the weakest behavior in terms of wear and corrosion.
استاد راهنما :
فخرالدين اشرفي زاده
استاد داور :
علي شفيعي، محمدرضا سليمي جزي