شماره راهنما :
2373 دكتري
پديد آورنده :
اسكندري، فائزه
عنوان :
ارزيابي ساختاري و تريبوخوردگي آلياژ كبالت كروم موليبدن ريختگي با نيتروژن دهي پلاسمايي
گرايش تحصيلي :
مجموعه مهندسي مواد
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
شش، 118ص: مصور، جدول، نمودار
توصيفگر ها :
آلياژكبالت- كروم- موليبدن , نيتروژن دهي پلاسمايي , ارزيابي ريزساختاري , لايه نيتروره , رفتار الكتروشيميايي , تريبوخوردگي , زيست فعالي
تاريخ ورود اطلاعات :
1404/06/25
رشته تحصيلي :
مهندسي مواد
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1404/06/26
چكيده فارسي :
جهت بهبود عملكرد آلياژهاي كبالت- كروم- موليبدن كه براي ساخت قطعات حساس در مهندسي و پزشكي كاربرد دارند، فرايندهاي گوناگون مهندسي سطح مورد تحقيق قرارگرفته¬اند. در پژوهش حاضر، تاثير فرايند نيتروژن¬دهي پلاسمايي دما پايين به¬عنوان يكي از راهكارهاي اصلاح خواص سطح بر تريبوخوردگي و بارپذيري آلياژ ريختگي كبالت- كروم- موليبدن (CoCrMo) مورد ارزيابي قرار گرفت. آلياژ CoCrMo ريختگي(F75) تحت عمليات نيتروژندهي پلاسمايي در دو دماي 400 و °C 450 و در زمان¬هاي 5 و 10 ساعت قرار گرفت تا توپوگرافي سطحي تركيبي در مقياس ميكرو/ نانو ايجاد شود. دو تركيب گازي شامل H2 % 80- N2 % 20 و H2 % 20- N2 % 80 مورد بررسي قرار گرفتند. جهت مشخصهيابي ساختار آلياژ اوليه، از متالوگرافي متداول و تكنيك پراش الكترون¬هاي برگشتي (EBSD) استفاده شد. براي آشكارسازي مرز دانه¬ها و تعيين اندازه دانههاي آلياژ ريختگي نيز ازنمونه¬ها اچ پلاسمايي شدند. تحليل پراش الكترون¬هاي برگشتي نشان داد كه ريزساختار شامل 68% فاز γ و 32% فاز ε است كه با نتايج پراش پرتو ايكس تطابق دارد. بررسي مقاطع عرضي با ميكروسكوپ الكتروني روبشي، لايه نيتريدي متشكل از دو بخش را نشان داد؛ لايه تركيبي و لايه نفوذي. پراش پرتو ايكس حاكي از حضور فازهاي نيتريدي در لايه تركيبي بود كه غالبا شامل Co2N است، در حالي¬كه روش پراش پرتو ايكس با زاويه تابش كم نشان داد كه لايه سطحي غالبا از CrN تشكيل شده¬است. ضخامت كلي لايه نيتروژندهيشده با افزايش زمان، دما و غلظت نيتروژن افزايش يافت؛ در تركيب گاز 80% نيتروژن، ضخامت نيتريده تقريبا دو برابر مقدار مشاهدهشده در تركيب گاز 20% نيتروژن براي همان دما و مدتزمان بود. در دماي °C 450 در تركيب گاز H2 % 20- N2 % 80 با افزايش زمان از 5 به 10 ساعت، ضخامت لايه نيتريدي از حدود μm 12 به بيش از μm 20 (بيش از 5/1 برابر) افزايش يافت. اين افزايش در تركيب گاز N2 % 20 حدود 2 برابر بود. با افزايش دماي فرايند به ميزان °C 50 ضخامت لايه نيتريدي حدود 2 برابر افزايش يافت. رفتار الكتروشيميايي نمونه¬ها در محلول سالين بافر فسفات در دماي°C 37 بررسي شد. اعمال نيتروژن¬دهي مقاومت به خوردگي آلياژ را كاهش داد. با اين وجود، نيتروژندهي در دماي °C 450 موجب بهبود خاصيت ترشوندگي سطح شد، به¬طوري كه افزايش زمان منجر به بيشترين ميزان آبدوستي شد كه به زبري بيشتر و ساختار تركيبي نسبت داده ميشود. با اعمال فرايند ميانگين زبري از μm 04/0 در نمونه عمليات¬نشده به حدود μm 1/0 در نمونه¬هاي نيتريده افزايش يافت. نيتروژندهي پلاسمايي در دماي °C 450 به مدت 10 ساعت و تحت گاز 80% نيتروژن، زيستفعالي را بيش از 40% نسبت به نمونه عمليات نشده بهبود بخشيد. نتايج نشان داد كه رفتار تريبوخوردگي آلياژCoCrMo ريختگي به¬ دليل مقاومت به سايش بالاتر با اعمال فرايند بهبود مي¬يابد. نتايج كلي اين پژوهش بيانگر آن است كه اگرچه مقاومت به خوردگي آلياژ CoCrMo ريختگي با اعمال نيتروژن¬دهي پلاسمايي كاهش مي¬يابد؛ مقاومت به سايش، رفتار تريبوخوردگي و زيست فعالي بهبود پيدا مي¬كنند.
چكيده انگليسي :
Various surface engineering processes have been investigated to improve the performance of cobalt-chromium-molybdenum (CoCrMo) alloys used for manufacturing sensitive parts in engineering and medicine. In the present study, the effect of plasma nitriding on and structure and tribocorrosion of cast CoCrMo (F75) alloy was evaluated. F75 was subjected to plasma nitriding at two temperatures of 400 and 450 °C for two times of 5 and 10 hours. Two gas compositions of 80% H2-20% N2 and 80% H2-20% N2 were investigated. Conventional metallography combined with backscatter electron diffraction technique was used to characterize the structure of the initial alloy. Plasma etching was also used to reveal the grain boundaries and determine the grain size of the initial alloy. Backscattered electron diffraction analysis showed that the microstructure consisted of 68% γ phase and 32% ε phase. Scanning electron microscopy examination of the cross-sections revealed the nitride layer consisting of two parts: a composite layer and a diffusion layer. X-ray diffraction indicated the presence of nitride phases in the composite layer, which mainly consisted of Co2N, while low-angle X-ray diffraction showed that the surface layer was mainly composed of CrN. The total thickness of the nitrided layer increased with increasing time, temperature, and nitrogen concentration; in the gas with 80% N2, the nitrided thickness was approximately twice that observed in the 20% N2 gas for the same temperature and duration. At 450 °C in the gas with 80% N2, the thickness of the nitride layer increased more than 1.5 times with increasing time from 5 to 10 hours. The electrochemical behavior of the samples was investigated in phosphate buffer saline solution at 37 °C. Applying nitriding reduced the corrosion resistance of the alloy. However, nitriding at 450 °C improved the surface wettability, so that increasing the time led to the highest hydrophilicity, which is attributed to the greater roughness and composite structure. Plasma nitriding at 450 °C for 10 hours and under 80% N2 gas increased the bioactivity by more than 40% compared to the untreated sample. The results showed that the tribocorrosion behavior of the F75 alloy was improved due to the improvement in wear resistance by applying the process. The overall results of this thesis showed that although the corrosion resistance of the F75 alloy is reduced by applying plasma nitriding; the wear resistance, tribocorrosion behavior and bioactivity are improved.
استاد راهنما :
فخرالدين اشرفي زاده , عبدالمجيد اسلامي
استاد مشاور :
مهشيد خرازيهاي اصفهاني , بهزاد صادقيان
استاد داور :
حسين آقاجاني , مهران نحوي , مسعود عطاپور
