در این تحقیق، با استفاده از روش رسوب گذاری شیمیایی از فاز بخار با بهره گیری از پلاسما (pacvd) بر روی فولاد گرم کار aisi h11 (1.2343) با لایه ای از tin پوششدهی شد. برای دستیابی به خواص مطلوب پوشش، قبل از عملیات لایه نشانی، بستر آزمایش با ترکیب گاز 25% نیتروژن و 75% هیدروژن مورد عملیات نیتروژن دهی پلاسمایی قرار گرفت. متغیرهای آزمایش عبارتنداز درصد چرخه کار، دمای لایه نشانی، مدت زمان رسوبدهی، فرکانس، ولتاژ اعمالی و ترکیب گازهای نیتروژن، هیدروژن، آرگون و تترا کلرید تیتانیم می باشد. با توجه به پیچیدگی فرایند لایه نشانی، آزمایش های مورد نیاز فقط با دو متغیر دمای لایه نشانی و درصد چرخه کار طراحی شد. دمای عملیات لایه نشانی 470، 495 و 520 درجه سانتیگراد و درصد چرخه کاری 33%، 40% و 50% در نظر گرفته شد. ساختار، خواص مکانیکی و خواص شیمیایی پوششها با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem)، میکروسکوپ الکترونی روبشی مجهز به تفنگ الکترونی نشر میدانی (fe-sem) و نیروی اتمی (afm)، پراش اشعه ایکس (xrd)، آزمون ریزسختی سنجی، آزمون زبری سنجی، آزمون خوردگی و آزمون سایش مورد ارزیابی قرار گرفت. بر اساس نتایج به دست آمده از این تحقیق، با افزایش دمای رسوب گذاری از c? 470 به c? 520، اندازه دانه های پوشش از حدود 5 به 8 نانومتر افزایش یافته و در نتیجه آن زبری سطح نمونه ها نیز افزایش پیدا کرد. به دلیل افزایش پستی و بلندی و زبری سطحی و بالا رفتن نقاط مستعد به خوردگی، با افزایش دمای رسوب گذاری رفتار خوردگی پوشش بدتر شد. همچنین با افزایش چرخه کار فرایند از 33 درصد به 50 درصد، به دلیل کاهش زمان لایه نشانی، اندازه دانه های tin بزرگتر شد و در نتیجه زبری سطحی افزایش یافته و از مقاومت خوردگی قطعه به مقدار جزئی کاسته شد. بنابراین با افزایش زبری سطحی (با افزایش دمای لایه نشانی و یا با افزایش چرخه کار) موجب کنده شدن بیشتر پوشش می شود و به تبع مقاومت سایشی و خوردگی آن تضعیف می شود. این بدان معناست که هرچه سطح پوشش یکنواخت تر و صیقلی تر (پستی و بلندی کمتر) باشد، مقاومت به سایش و مقاومت به خوردگی پوشش بهبود می یابد. در نتیجه هرچه اندازه ذرات پوشش نانوساختار کوچکتر شود، به بهبود خواص پوشش کمک می نماید.

در این پژوهش تغییر پارامترهای توری فعال شامل قطر چشمه ها، ابعاد توری ها، ارتفاع نمونه ها از درب توری و جنس توری برروی ریز ساختار و خواص سایشی فولاد aisi h13 در طی نیتروژن دهی پلاسمایی به روش توری فعال بررسی شد. بدین منظور از توری های فولادی با قطر چشمه های 4، 6 و 8 میلیمتر برای بررسی اثر قطر توری ها و توری هایی با ابعاد کوچک ، متوسط و بزرگ برای بررسی ابعاد توری در نیتروژن دهی فولاد مورد ذکر استفاده گردید. برای بررسی امکان نیتراسیون قطعات بزرگ صنعتی به روش توری فعال نمونه هایی با فواصل 10،20،40 و80 میلیمتر از درب توری بزرگ نیتروژن دهی گردیدند. جهت بررسی امکان ایجاد پوشش های مقاوم به سایش به جای لایه سفید معمول ازتوری هایی با جنس های متفاوت تیتانیوم ، آلومینیوم و کرم برای نیتروژن دهی نمونه ها استفاده گردید. نیتروژن دهی با استفاده از دستگاه نیتروژن دهی پلاسمایی دیواره سرد، با جریان پالسی با فرکانس khz 10و درصد چرخه کاری %70 در دمای ?c 500 مدت 4 ساعت انجام گرفت. سطح نمونه ها با میکروسکوپ الکترونی روبشی بررسی گردید. بعد از شناسایی فازهای لایه های سطحی با تفرق اشعه ی x ، سطح مقطع نمونه ها با میکروسکوپ الکترونی روبشی و ریز سختی سنجی مطالعه گردید. با استفاده از میکروسکوپ نیروی اتمی مورفولوژی سطح با تغییر قطر چشمه ها بررسی شد. برای بررسی نتایج مقاومت به سایش و تاثیر پارامتر های مورد ذکر، از آزمایش سایش پین روی دیسک استفاده شد. در کل مقاومت به سایش نمونه ها با نیتروژن دهی پلاسمایی افزایش یافت. مطالعه ی تاثیر قطر چشمه ها حاکی از آن بود که ضخامت لایه نفوذی تا حد زیادی مستقل از قطر چشمه ها است. زبری سطح نمونه ها در مقیاس میکروسکوپی با افزایش قطر چشمه ها افزایش یافت. با افزایش ابعاد توری ها میزان ضخامت لایه سفید و ضخامت لایه نفوذی و سختی در عمق یکسان نمونه ها کاهش یافته و به دنبال آن مقاومت به سایش نمونه ها کاهش پیدا کرد. با افزایش فاصله نمونه ها از درب توری ضخامت لایه ترکیبی و لایه نفوذی و سختی در عمق یکسان کاهش چشمگیری داشته و برای نمونه ی با فاصله 80 میلیمتر مقاومت به سایش نسبت به دیگر نمونه افت فاحشی نشان داد. ضخامت لایه ترکیبی درنمونه با فاصله 20 میلیمتر از این قاعده مستثنی بوده و بیشترین ضخامت لایه سفید مربوط به این نمونه است. این امر به عنوان یکی از محدودیت های روش توری فعال برای نیتروژن دهی قالب های بزرگ با ارتفاع زیاد به جهت غیر یکنواختی درخواص سایشی و سختی معرفی گشت. نتایج حاصل از تغییر جنس توری ها موجب ایجاد لایه هایی با جنس متفاوت نسبت به هنگام استفاده از توری فولادی گردید. مشاهده شد که لایه نفوذی در زیر این لایه با ضخامت یکسان نسبت به استفاده از توری فولادی وجود دارد. نمونه ای که در زیر توری تیتانیوم نیتروژن دهی شده است، بیشترین سختی را داشت. نتایج مقاومت به سایش نمونه ها حاکی از افزایش چشمگیر مقاومت سایشی این نمونه ها به واسطه تشکیل ترکیباتی چون tin، aln و crn است. یافته های این پژوهش حاکی از ایجاد لایه های ترکیبی مفید به جای لایه های مضر معمول در نیتراسیون پلاسمایی است.

در این تحقیق پوشش های نانوساختار از جنس ticx از طریق فرآیند لایه نشانی از فاز بخار به کمک پلاسما (pacvd) و با هدف بهبود خواص مکانیکی، سایشی و تریبولوژیک، بر روی نمونه هایی از جنس فولاد ابزار گرم کار h11 نشانده شدند. پوشش ها در ولتاژ ثابت و زمان لایه نشانی 120 دقیقه لایه نشانی شدند. همچنین متغیرهای انتخاب شده برای فرآیند پوشش دهی شامل دما، نسبت های گازی ticl4/ch4 و دوره های کاری بودند. بررسی پوشش ها و مشخصات آنها به ویژه خواص مکانیکی، سایشی و تریبولوژیک با آزمون های گوناگونی مانند میکروسکوپ الکترونی روبشی و آنالیزهای شیمیایی آن، پراش اشعه x، میکروسکوپ نیروی اتمی و آزمون های مکانیکی آن، ریزسختی سنجی و آزمون سایش انجام شد. نتایج آزمایش ها نشان داد پوشش های نشانده شده از نانودانه تشکیل شده اند. با افزایش متغیرهای فرآیندی شامل نسبت گازی ticl4/ch4، دما و دوره کاری، افزایش در اندازه دانه ها و زبری سطح مشاهده گردید. این پوشش ها ریزسختی بستر را به شدت افزایش دادند. اعمال پوشش های ticx موجب شد ضمن تغییر مکانیزم سایش، ضریب اصطکاک بستر فولادی به شدت کاهش یابد.

پارامترهای مختلفی بر روی خواص ساختاری، فازی و همچنین خواص سایشی و خوردگی پوشش کاربید تیتانیم تاثیر گذار هستند. در این رساله با استفاده از روش پلاسما cvd یک لایه نازک کاربید تیتانیم بر روی زیرلایه فولادی اعمال گشته و سپس خواص ساختاری و فازی پوشش کاربید تیتانیم با استفاده از sem، xrd xps ومنحنی رامان و همچنین خواص نانومکانیکی، رفتار سایشی و خوردگی پوشش کاربید تیتانیم به ترتیب با استفاده از afm، تست سایش پین بر روی دیسک و تست های پلاریزاسیون و امپدانس مورد بررسی قرار گرفته است. مطابق نتایج بدست آمده نوع ترکیب، شبکه کریستالی و نوع بافت کریستالی مهمترین عامل در تغییر خواص مکانیکی پوشش (همانند مدول الاستیک) در مقیاس نانومتری می باشد، همچنین نتایج نشان دهنده،تشکیل یک لایه همگن و یکنواخت نانو ساختار با بافت مرجح (200)، ضخامت 4 میکرون، اندازه ذرات در محدوده 6 نانومتر، ضریب اصطکاک در محدوده 0.2 و پتانسیل خوردگی در محدوده 10 میلی ولت نسبت به الکترود مرجع sce در مدت زمان پوشش دهی 120 دقیقه است. دمای پوشش دهی و چرخه کاری تاثیر قابل توجهی بر روی رفتار سایشی و خوردگی پوشش کاربید تیتانیم دارند، بطوریکه با افزایش دمای پوشش دهی از 470 درجه سانتیگراد تا 510 درجه سانتیگراد، چسبندگی پوشش حداقل 10 درصد و مقاومت در برابر تغییر فرم پلاستیک پوشش حداقل 22 درصد کاهش یافته و افزایش چرخه کاری از 33 درصد به 50 درصد، منجر به تغییر بافت مرجح (200) و افزایش شدت بافت (111) گردیده است. بهترین پوشش از لحاظ رفتار سایشی، در چرخه کاری 50 درصد و دمای 490 درجه سانتیگراد و از لحاظ خوردگی در چرخه کاری 40 درصد و دمای 490 درجه سانتیگراد حاصل شده است.

پوشش های سخت مانند نیترید تیتانیم و کاربید تیتانیم به دلیل داشتن خواص منحصر به فرد، همانند سختی و استحکام بالا، مقاومت بالا به سایش و خوردگی، در محیط های صنعتی مانند ابزارهای برش، سایش و قالب های اکستروژن، کاربرد دارند. در صورتی که این نوع پوشش ها به صورت چند لایه استفاده شوند، خواص مکانیکی بهتری از خود نشان می دهند. پوشش های نازک و سخت معمولاً توسط تکنیک های مختلف ترسیب از فاز بخار فیزیکی و شیمیایی ایجاد می شوند. در این تحقیق، پوشش های چند لایه نیترید تیتانیم/کاربید تیتانیم با ضخامت کلی 5/0±5/2 میکرومتر با متغیر تعداد لایه های پوشش، بر روی سطح فولاد ابزار گرم کار از روش ترسیب از فاز بخار شیمایی به کمک پلاسما (pacvd) ایجاد شد. سپس ساختار و خواص مکانیکی آن، مانند مقاومت به سایش، سختی و چقرمگی با پوشش های تک لایه نیترید تیتانیم و کاربید تیتانیم مورد مقایسه قرار گرفت. نتایج نشانگر این مطلب است که با افزایش تعداد لایه های پوشش از 2 تا 10، میزان سختی، مدول الاسیتیسیته و مقاومت به خراش در ابعاد نانو، حدود 37-8 درصد نسبت به پوشش تک لایه نیترید تیتانیم افزایش می یابد. دلیل افزایش سختی به افزایش فصل مشترک ها برای ایجاد کردن موانع، به منظور جلوگیری از حرکت نابه جائی ها مرتبط است. چقرمگی پوشش های چند لایه نیز نسبت به پوشش تک لایه نیترید تیتانیم (100-62 درصد) و کاربید تیتانیم (35-7) افزایش می یابد که این امر نیز به انکسار ترک ها در فصل مشترک های میان لایه ها مربوط می باشد. میزان مقاومت به سایش، برای پوشش ده لایه بیشترین مقدار خود را دارد و نسبت به پوشش تک لایه کاربید تیتانیم 100 درصد افزایش داشته است. کمترین و بیشترین میزان ضریب اصطکاک در آزمون سایش به ترتیب مربوط به پوشش تک لایه کاربید تیتانیم و نیترید تیتانیم است و با افزایش تعداد لایه ها حدود 40 درصد نسبی از میزان ضریب اصطکاک نسبت به پوشش تک لایه نیترید تیتانیم در آزمون سایش کاسته می شود.

در این تحقیق، فولاد گرم کار aisi h13 به روش نیتروژن دهی پلاسمایی، با ترکیب گاز 5% نیتروژن و 5% هیدروژن و به روش رسوب دهی شیمیایی از بخار به کمک پلاسما (pacvd)، با ترکیب گاز 0% نیتروژن، 5% هیدروژن، 5/.% آرگون و 5/.% تتراکلرید تیتانیم با لایه ای از tin پوشش دهی شد. پوشش های دوتایی نیتریدی tin- در شرایط مختلف مانند دمای عملیات (470 و 520 درجه سانتیگراد) و چرخه کاری (3%, 0%, 0%, 0%) رسوب گذاری شدند. ساختار، مقاومت به خوردگی و سایش پوشش ها با استفاده از میکروسکوپ الکترونی (sem) و نیروی اتمی (afm)، پراش اشعه ایکس (xrd)، آزمون ریز سختی سنجی، آزمون زبری سنجی، آزمون خودگی و آزمون سایش مورد ارزیابی قرار گرفت. بر اساس نتایج به دست آمده از این تحقیق، با افزایش دمای رسوبگذاری از 470 درجه به 520 درجه سانتیگراد، اندازه دانه های پوشش از 300 نانومتر به 5/1 میکرون افزایش یافته و در نتیجه آن زبری سطح نمونه ها نیز افزایش پیدا کرد. به دلیل کاهش ناخالصی های درون پوشش (کلر) با افزایش دمای رسوب گذاری، مقاومت خوردگی بهبود پیدا کرد. همچنین با افزایش دما از 470 به 520 درجه سانتیگراد، سختی پوشش افزایش یافته و در نتیجه آن مقدارکاهش وزن در اثر سایش از 8 به 4 میلی گرم کاهش یافت. با افزایش چرخه کاری سیستم از 3% به 0%، دانه های tin به دلیل کاهش زمان لایه نشانی بزرگ شدند و در نتیجه زبری سطح و مقاومت به خوردگی افزایش یافت. با افزایش چرخه کاری از 0% به 0%، سختی پوشش به دلیل بزرگ شدن اندازه دانه های پوشش کاهش یافت و در نتیجه مقدار کاهش وزن در اثر سایش از 8 به 11 میلی گرم افزایش پیدا کرد.

پوشش نیترید تیتانیم علیرغم داشتن سختی و مقاومت به سایش نسبتا مطلوب، دارای تردی ذاتی است. برای کاهش این تردی و به بیان دیگر بهبود چقرمگی شکست این پوشش، می توان از چند لایه کردن پوشش بهره برد. در این رساله با استفاده از روش رسوبدهی شیمیایی از فاز بخار به کمک پلاسما، لایه تیتانیم با کمترین ناخالصی و لایه نیترید تیتانیم با استوکیومتری 1:1 لایه نشانی شده سپس با استفاده از مقادیر بدست آمده در لایه نشانی بهینه این لایه ها، پوشش چندلایه ti/tin با ضخامت 5/4 میکرومتر و تعداد لایه های متغیر از 2 تا بیست لایه، روی فولاد h-13 لایه نشانی شده و به بررسی خواص مکانیکی و تریبولوژیکی آن پرداخته شده است. برای مطالعه پوشش های بدست آمده از آزمون های نانوسختی، پراش پرتو ایکس، طیف سنجی فوتوالکترون پرتو ایکس، تنش پسماند به کمک xrd و اندازه گیری مقدار خم ، چقرمگی شکست، چسبندگی پوشش به زیرلایه، سایش پین روی دیسک و میکروسکپ های نوری و الکترونی و نیروی اتمی بهره برده شد. نتایج نشان می دهند که با افزایش تعداد لایه ها در ضخامت ثابت و در نتیجه کاهش ضخامت هر لایه، تنش پسماند فشاری افزایش می یابد و به صورت مستقیم مقاومت به رشد ترک و چقرمگی پوشش را تحت تاثیر قرار می دهد. همچنین با افزایش حجم فصل مشترک بین لایه ها، سختی و چقرمگی شکست بهبود می یابند. لایه تیتانیمی با ایجاد یک بستر تمیز و مناسب برای نیترید تیتانیم باعث شد تا چسبندگی سامانه پوششی نسبت به پوشش تک لایه 81% درصد افزایش بیابد. چقرمگی شکست پوشش 20 لایه نسبت به پوشش تک لایه نیترید تیتانیم با ضخامت مشابه 75% بهبود یافت. این بهبود خصوصیات کمک کرد تا نرخ سایش نمونه 20 لایه نسبت به نمونه شش لایه با ضخامت مشابه، 46% کاهش داشته باشد.

چکیده ندارد.