فهرست مطالب

علوم و مهندسی سطح ایران - پیاپی 34 (1396)
  • پیاپی 34 (1396)
  • تاریخ انتشار: 1397/01/05
  • تعداد عناوین: 9
|
  • نیما نادری، ابوذر مسعودی صفحات 1-7
    نانومیله های اکسیدروی به روش رسوب حمام شیمیایی (CBD) روی بستر سیلیکون بذردار به صورت عمودی و یکنواخت رشد داده شدند. از لایه نازک اکسیدروی که به روش کندوپاش بر روی بستر سیلیکونی لایه نشانی شد به عنوان لایه بذر استفاده شد. اثرات دما و زمان رشد بر خواص ساختاری و مورفولوژیکی نانومیله های اکسید روی با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی و پراش اشعه ایکس بررسی شد. مطالعات انجام شده نشان داد که استفاده از لایه نازک بذر تاثیر بسزایی در یکنواختی نانومیله های سنتز شده در روش CBD دارد. همچنین با بهینه سازی شرایط رشد می توان نانومیله های عمودی و یکنواختی را بر بستر سیلیکون ایجاد نمود. نانومیله های اکسید روی رشد داده شده با این روش بدون نیاز به فرآیند بازپخت با خواص ساختاری مناسب در محدوده وسیعی رشد داده شدند. با توجه به سازگاری سیلیکون با ادوات الکترونیکی، نانومیله های رشد یافته به این روش می توانند در صنایع اپتوالکترونیک کاربرد زیادی داشته باشند.
    کلیدواژگان: اکسید روی، نانومیله، نرخ رشد، رسوب حمام شیمیایی، سیلیکون بذردار
  • ویدا خلیلی، حسین ملکی قلعه، جعفر خلیل علافی، محمدحسین سیادتی، مهدی جاویدی صفحات 9-19
    در این پژوهش ترکیب پودر هیدروکسی آپاتیت و آلومینا با نسبت وزنی 50 -50 به روش الکترو فورتیک بر روی آلیاژ حافظه دار NiTi پوشش داده شد. محلول سوسپانسیون مورد استفاده n–بوتانول و تری اتانول آمین بود. عملیات رسوب گذاری در 60 ولت به مدت 120 ثانیه بر روی کاتد انجام گرفت. پس از رسوب گذاری، جهت خشک شدن پوشش، نمونه ها در دمای اتاق به مدت 24 ساعت قرار گرفتند. سپس عملیات تف جوشی نمونه ها به مدت 2 ساعت در کوره تحت اتمسفر آرگون در دمای oC850 انجام شد. رفتار زیست فعالی، خوردگی و آزادسازی یون نیکل در محلول شبیه سازی بدن مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان م ی دهند پوشش کامپوزیتی هیدروکسی آپاتیت - آلومینا به عنوان مانع خوبی در برابر نفوذ یون های نیکل در محیط بدن عمل کرده و رفتار خوردگی نمونه های حاوی پوشش کامپوزیتی بهبود یافته است. همچنین استحکام چسبندگی پوشش کامپوزیتی هیدروکسی آپاتیت – آلومینا MPa8/1±4/22 بدست آمد.
    کلیدواژگان: آلیاژ حافظه دار NiTi، پوشش دهی الکتروفورتیک، هیدروکسی آپاتیت - آلومینا، خوردگی، سازگاری بیولوژیکی
  • یزدان شجری، وحید ابویی مهریزی، امیرحسین کریمی لیواری، احسان بهمنی صفحات 21-32
    در این تحقیق، اثر شرایط مختلف عملیات حرارتی بر میکروساختار، سختی و مقاومت به سایش آلیاژ Ti-6V-4Al بررسی شد. برای این منظور آنیل انحلالی در بازه دمایی °C 800 الی °C 1050 به مدت یک ساعت انجام شد و سپس نمونه ها در هوا و آب کونچ شدند. یکی از نمونه ها در دمای °C 550 به مدت چهار ساعت پیرسازی شد. بررسی های ریز ساختاری توسط میکروسکوپ نوری (OM) و الکترونی روبشی (SEM) نشان داد که عملیات آنیل انحلالی در دمای °C 800 منجربه رشد محدود رسوبات بدون تغییر ریز ساختار و افزایش سختی می گردد. همچنین افزایش دمای آنیل انحلالی و کونج در آب باعث افزایش سختی و ایجاد ریز ساختار دوتایی a و مارتنزیت تیغه ایa¢ می شود. آنیل انحلالی در دمای °C 1050 منجر به تشکیل فاز مارتنزیت گردید که با انجام عملیات پیرسازی تبدیل به فاز b نامنظم می شود و به علت این تحول فازی، سختی 47% نسبت به نمونه شاهد افزایش یافت. سختی را در پی دارد. آزمون سایش پین روی دیسک تحت سه نیروی 20N، 30N و 40N و سرعت ثابت 0.3m/s انجام شد. نتایج تست سایش و بررسی میکروسکوپی سطوح فرسوده نشان داد که مکانیزم سایش توسط ریزساختار کنترل می گردد و مقاومت در برابر سایش به میزان سختی وابسته نیست. همچنین بیشترین مقاومت به سایشی مربوط به نمونه آنیل شده در دمای °C 950 و کونچ شده در آب است. مکانیزم سایشی در تمام نمونه ها در اکثر بارگذاری ها مخلوط مکانیزم خراشان و سایش اکسیدی بود.
    کلیدواژگان: مقاومت به سایش، Ti، 6V، 4Al، آنیل انحلالی، ریز ساختار، پیرسازی
  • حسن محبی، محسن قاسمی ورنامخواستی، نسرین جمال پور صفحات 35-43
    در این مقاله دیودهای گسیلنده آلی نور سبز با ساختار ITO/MoO3/TPD/Alq3/LiF/Al طراحی و با استفاده از روش تبخیر حرارتی، ساخته شدند. اثرات ضخامت لایه های TPD به عنوان لایه انتقال دهنده حفره، Alq3 به عنوان لایه انتقال دهنده الکترون و گسیلنده نور و MoO3 که نقش لایه میانگیر تزریق کننده حفره را ایفا می کند، بر عملکرد این دیودها بررسی شد. به منظور به دست آوردن بهترین کارایی از ساختار موردنظر، با در نظر گرفتن دامنه تغییرات مناسب در ضخامت لایه ها، ضخامت بهینه لایه های Alq3، TPD و لایه میانگیر MoO3 در ساختار مورد استفاده تعیین و نقش هر یک از آن ها تجزیه و تحلیل شد. پس از اندازه گیری پارامترهای نورسنجی دیودهای ساخته شده، ضخامت بهینه 45 نانومتر برای Alq3، 40 نانومتر برای TPD و 15 نانومتر برای MoO3 تعیین شد. با بهینه سازی ضخامت لایه ها کارایی دیود به واسطه افزایش توازن الکترون-حفره در فصل مشترک لایه گسیلنده و انتقال دهنده حفره، بهبود داده شد. از منحنی مشخصه چگالی جریان – ولتاژ، مقدار ولتاژ آستانه برای دیود بهینه شده (V) 9/3 تعیین شد که مقدار آن در دیودهای نورگسیل آلی حائز اهمیت است. همچنین بر اساس نتایج الکترولومینسانسی برای دیود نور گسیل آلی بهینه شده، حداکثر بازده جریان (cd/A) 1/2، بیشینه لومینسانس (cd/m2 )7530 و بیشترین شدت تابشی در طول موج حدود nm 530 اندازه گیری شد.
    کلیدواژگان: دیود نورگسیل آلی، لایه میانگیر، الکترولومینسانس، بازترکیب الکترون، حفره، بازده جریان
  • محمد اصغری، بهروز موحدی صفحات 45-56
    در این مقاله هدف مطالعه رفتار خوردگی داغ و پایداری حرارتی پوشش نانوساختار سد حرارتی زیرکونیای پایدار شده با ایتریا (8YSZ) است. برای این منظور بر زیرلایه هایی از جنس فولاد زنگ نزن، دولایه پوشش از جنس NiCrAlY با ضخامت 150 میکرومتر و YSZ نانوساختار با ضخامت 300 میکرومتر توسط فرآیند پاشش پلاسمایی اتمسفری (APS) اعمال شد. آزمون اکسیداسیون چرخ ه ای در دمای 1000 درجه سانتی گراد و چرخه های 10 ساعته به منظور ارزیابی پایداری حرارتی پوشش انجام شد. آزمون خوردگی داغ نوع اول در دمای 950 درجه سانتی گراد به مدت 4 ساعت با حضور نمک های Na2SO4 و V2O5 صورت گرفت. نتایج نشان داد که پوشش نانوساختار YSZ با دانه های کمتر از 100 نانومتر به دلیل بالایی که در مقابل یون اکسیژن دارد، تاثیر قابل توجهی در کاهش رشد لایه TGO نداشته است. اما نتایج آزمون خوردگی داغ، تشکیل بلورهای YVO4 بر سطح پوشش نانوساختار YSZ را نشان می دهد که به دلیل نفوذ پذیری بالای پوشش نانوساختار که از سطح تا عمق پوشش YSZ وجود دارد مقداری از وانادیم نیز به قسمت های پایین تر لایه نانوساختار YSZ نفوذ کرده است.
    کلیدواژگان: پوشش سد حرارتی نانوساختار، زیرکونیای پایدار شده با ایتریا، اکسیداسیون دمای بالا، پاشش پلاسمای اتمسفری، خوردگی داغ
  • مائده السادات ضوئی، محمدحسین صادقی، مهدی صالحی صفحات 57-70
    کاربرد پوشش WC-10Co-4Cr ایجاد شده توسط روش پاشش حرارتی با سوخت اکسیژن در سرعت بالا، HVOF، به دلیل مقاومت سایشی و خوردگی بالا، به میزان قابل توجه ای توسعه یافته است. تنش های پسماند ایجاد شده در طی فرآیند پوشش دهی بر مقاومت سایشی و چسبندگی پوشش به زیرلایه موثر هستند. در این مطالعه، تنش پسماند پوشش توسط تکنیک پراش اشعه ایکس (XRD) به روش sin2 و تحلیل المان محدود تعیین گردید. در اندازه گیری تجربی، فرآیند برداشت شیمیایی ماده به منظور تعیین تنش در راستای ضخامت پوشش به کار برده شد. در تحلیل المان محدود، ابتدا برخورد ذره بر زیرلایه انجام شد. سپس نتایج حاصل از تحلیل برخورد، به عنوان ورودی در تحلیل ترمومکانیکی، به منظور تعیین تنش پسماند پوشش به کار گرفته شد. نتایج نشان داد که تطابق قابل قبولی میان نتایج تجربی و شبیه سازی وجود دارد. پس از فرآیند پاشش حرارتی، تنش پسماند در سطح پوشش WC-10Co-4Cr فشاری بوده و سپس با افزایش عمق از سطح آزاد، مقدار تنش فشاری افزایش یافته و در نزدیکی فصل اشتراک پوشش-زیرلایه، بیش ترین مقدار تنش پسماند فشاری بدست می آید. نتایج شبیه سازی نشان داد که توزیع تنش در پوشش به جز لبه های نمونه، یکنواخت است. تنش در لبه نمونه دارای تمرکز تنش کششی در فصل اشتراک پوشش و زیرلایه است که مستعد ترک، جدایش و شکست پوشش است.
    کلیدواژگان: HVOF، پوشش WC، 10Co، 4Cr، تنش پسماند، تحلیل المان محدود
  • محمد حاتمی، مصطفی طهری، محدثه تابش فر صفحات 71-82
    در این پژوهش مطالعات ریزساختاری، سختی سنجی، چقرمگی شکست و رفتار اکسیداسیون دمای بالای پوشش های استلایت6 و NiCrBSi تولید شده به روش پاشش حرارتی و جوشکاری سطحی بر روی فولاد ابزار گرمکار H13 مورد بررسی قرار گرفته است. بررسی های ریزساختاری مواد اولیه و پوشش های بدست آمده با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و میکروسکوپ نوری انجام گرفت و سختی نمونه ها با استفاده از روش میکروسختی ویکرز در بار 300 گرم بدست آمد. همچنین چقرمگی شکست پوشش ها با استفاده از روش سختی سنج ویکرز در بارهای 5/1 تا 200 کیلوگرم انجام گرفت. به منظور بررسی رفتار اکسیداسیون پوشش ها، نمونه های بدست آمده در بازه های زمانی 2، 5، 15 و 50 ساعت در دمای 750 درجه سانتیگراد قرار گرفتند. در ادامه لایه اکسیدی تشکیل شده بر سطح نمونه ها با استفاده از آنالیز پراش اشعه ایکس (XRD) استفاده شد. نتایج آزمون اکسیداسیون نشان داد که به دلیل تشکیل لایه متراکم و یکنواخت Cr2O3در پوشش استلایت6 که به روش پاشش حرارتی بدست آمده است، این پوشش پایین ترین نرخ اکسیداسیون را از خود نشان داده است. از طرف دیگر لایه اکسیدی تشکیل شده بر سطح پوشش استلایت6 حاصل از روش جوشکاری سطحی، بیشتر از فازهای اسپینل تشکیل شده است که این امر به تشکیل فازهای کمپلکس در حین جوشکاری نسبت داده شده است.
    کلیدواژگان: اکسیداسیون دمای بالا، فولاد گرمکارH13، پاشش حرارتی، استلایت 6، NiCrBSi، GTAW
  • مهدی احمدی، احمد تحویلیان، سید رحمان حسینی، سیدمحمد مهدی هادوی صفحات 83-92
    هدف از تحقیق حاضر بهبود رفتار سایش دمای بالای آلیاژ آلومیناید تیتانیم گاما Nb at.%) 2Cr-2Al-48-(Ti با استفاده از فرآیند دوتایی نیتروژن دهی پلاسمایی و رسوب فیزیکی بخار است. فرآیند نیتروژن دهی پلاسمایی با استفاده از کاتد تقویت شده در دمای 800 درجه سانتی گراد، مدت 9 ساعت با نسبت گازی 1=2H/2N انجام شد. فرآیند رسوب دهی فاز بخار پوشش چهارلایه از جنسTiN وN 67Al33Ti در دمای 300 درجه سانتی گراد به مدت 5/2ساعت روی زیرلایه نیتروژن دهی شده اعمال شد. مشخصه یابی به کمک ریزنگار الکترونی روبشی و پراش سنج پرتو ایکس صورت پذیرفت. بررسی رفتار تریبولوژیکی ماده با استفاده از آزمون ساچمه روی صفحه در دماهای 25، 300 و 600 درجه سانتی گراد، ریزسختی سنج و آزمون خراش انجام شد. نتایج آزمون پراش سنجی پرتو ایکس، تشکیل مجموعه فازهای AlN 2Ti، TiN و (TiAl)N بعد از فرآیند دوتایی را تایید کرد. همچنین بعد از انجام فرآیند دوتایی، سختی HV0.025 2400 و نیروهای بحرانی چسبندگی برای ایجاد اولین ترک(1LC)، اولین کندگی (2LC)و اولین شکست کامل پوشش(3LC) معادل 1/24، 1/60 و 6/77 نیوتن، حاصل شدند. نرخ سایش در دماهای 25، 300 و 600 درجه سانتی گراد بعد از فرآیند دوتایی به ترتیب 20، 55 و 100 برابر کاهش را نسبت به زیرلایه نشان داد. سازوکارهای ورقه ای شدن، خراشان و اکسایشی به عنوان سازوکارهای فعال این سامانه تریبولوژیکی شناسایی شدند.
    کلیدواژگان: آلومیناید تیتانیم، فرآیند دوتایی، نیتروژن دهی پلاسمایی، رسوب فیزیکی بخار، سایش
  • بررسی رفتار تریبولوژیکی فولاد ساده کربنی CK45 نیتروکربوره شده به روش پلاسمای الکترولیتی
    سیدمحمد نوری، چنگیز دهقانیان صفحات 93-100
    فولادهای ساده کربنی بعنوان یکی از پرکاربردترین مواد مهندسی، باوجود ویژگی های مطلوبی مانند استحکام و چقرمگی بالا، قابلیت ماشین کاری و هزینه های کاربردی پایین، نقاط ضعفی همچون مقاومت سایشی نسبتا پایینی دارند. در بین روش های مختلفی که برای پوشش دهی سطح فلزات بکار می روند، فرایند نیتروکربوراسیون به دلیل دمای پایین، زمان کوتاه و نیز پایداری ابعادی قطعه مورد توجه قرار گرفته است. در این پژوهش فرایند نیتروکربوراسیون به روش پلاسمای الکترولیتی در الکترولیت حاوی اوره و کربنات سدیم در ولتاژ 380 ولت و در زمانهای 5، 10 و 20 دقیقه انجام گرفت. به منظور بررسی اثر زمان پوشش دهی روی خواص لایه تولیدی از آنالیز پراش پرتوایکس (XRD)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) استفاده شد. در ادامه نیز سختی سطحی و نیز رفتار سایشی این پوششها با آزمون توپ روی دیسک (Ball on disc) بررسی گردید. نتایج نشان داد که اعمال پوشش نیتروکربوره سبب بهبود رفتار تریبولوژی نسبت به نمونه بدون پوشش گردید. همچنین نمونه پوشش داده شده در زمان 20 دقیقه، با ضخامت μm 20، سختی 896 ویکرز و میانیگین قطر حفرات μm 55/4، بهترین رفتار تریبولوژیکی (یعنی کمترین ضریب اصطکاک: 32/0 و نیز کمترین کاهش وزن) را از خود نشان داد که در مقایسه با نمونه های تهیه شده در زمان های 5 و 10 دقیقه، مقدار زبری سطحی را تا 47/0 (حدود 2 برابر) افزایش داد، درحالی که کاهش وزن این پوشش پس از صد متر سایش در مقایسه با دیگر نمونه ها، تنها حدود 14% درصد کاهش یافت.
    کلیدواژگان: نیتروکربوراسیون، پلاسمای الکترولیتی، رفتار تریبولوژیکی، ضریب اصطکاک
|
  • Nima Naderi, Abouzar Massoudi Pages 1-7
    Vertical and uniform zinc oxide (ZnO) nanorods were grown on seeded silicon substrate using chemical bath deposition (CBD) technique. A ZnO thin film was sputtered on Si substrate to be used as a seed layer. The effects of growth temperature and time on morphology and structural properties of ZnO nanorods were investigated using scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffractometry (XRD). The results showed that ZnO seed layer acts an important role for uniformity of synthesized nanorods. Furthermore, uniform and vertical nanorods can be grown on silicon substrates by optimization of growth parameters. The ZnO nanorods which were grown using this technique can show improved structural properties without post-deposition thermal treatments. Due to the compatibility of silicon with electronic devices, ZnO nanostructures based on seeded silicon can be widely used in optoelectronic industries.
    Keywords: Zinc oxide, Nanorods, Growth rate, Chemical bath deposition, Seeded silicon
  • Vida Khalili, Hossein Maleki-Ghaleh, Jafar Khalil-Allafi, Mohammad-Hossein Siadati, Mehdi Javidi Pages 9-19
    Mixed powder of Hydroxyapatite-alumina particles (50 Hydroxyapatite -50 alumina wt%) were coated on NiTi alloy using electrophoretic deposition method. Suspension of powders was made using a mixture of n-butanol and triethanol amine (TEA). Electrophoretic deposition was performed at 120 s and 60 V on the cathode. After deposition, the samples were dried at room temperature for 24 hours. The samples were then sintered at 850 ℃ in argon atmosphere for 2 hours. The bioactivity and corrosion behaviors and nickel ion release were investigated in a simulated body fluid (SBF). The results showed that the hydroxyapatite-alumina coating acts as a good barrier against the transmission of nickel ions in the body environment. Furthermore, corrosion behavior of the coated samples were improved. The bonding strength of the hydroxyapatite-alumina coating was measured about 22.4 ± 1.8 MPa.
    Keywords: NiTi Shape Memory Alloy, Electrophoretic Deposition, Hydroxyapatite-Alumina, Corrosion, Biocompatibility
  • Yazdan Shajari, Vahid Aboei Mehrizi, Amir Hossein Karimi Livarei, Ehsan Bahmani Pages 21-32
    In this study, the effect of various heat treatment conditions on the microstructure, hardness and wear resistance of the Ti-6Al-4V alloy was investigated. For this purpose, solution anneal was done in temperature range of 800C to 1050C for 1 hour and then specimens were quenched in the air and the water. One of the specimens was aged in 550C for 4 hours. Microstructural investigations by optical microscope (OM) and scanning electron microscope (SEM) showed that the solution annealing treatment at 800C leads to limited growth of precipitates without changing the microstructure and increase of hardness compared to the control sample. Also, increasing the solution annealing temperature and quenching in water causes increase of hardness and creation of and acicular martensite dual microstructure; Solution annealing in 1050C leads to formation of martensite phase that changes to irregular phase by performing aging treatment and due to this phase transformation hardness increased by 47% compared to control sample. Wear test of pin-on-disk was performed under three forces of 20N, 30N and 40N and constant speed of 0.3m/s. Wear test results and microstructural investigation of worn surfaces showed that wear mechanism was controlled by microstructure and wear resistance is not dependent on hardness; Also, the highest wear resistance is related to the sample annealed in 950C and quenched in water. Wear mechanism in all samples in most of the loads was a mixture of abrasive mechanism and oxide wear.
    Keywords: wear resistance, Ti-6Al-4V, solution annealing, microstructure, aging
  • Hasan Mohebi, Mohsen Ghasemi Varnamkhasti, Nasrin Jamalpour Pages 35-43
    In this paper, green organic light emitting diodes (OLED) with the structure of ITO/MoO3/TPD/Alq3/LiF/Al were designed and fabricated using thermal evaporation technique. The effects of thickness of the Alq3 as the electron transport and emitter layer, TPD as the hole injection layer, and MoO3 which plays the role of the buffer layer of hole injector, were investigated on the performance of these diodes. In order to obtain the best performance of the proposed structure, by considering the appropriate range of the thickness of the layers, the optimum thickness of the Alq3, TPD and the buffer layer of MoO3 is determined in the used structure and the function of each of them was analyzed. After measuring the photometric parameters of the fabricated diodes, the optimized thickness of 45 nm for Alq3, 40 nm for TPD, and 15 nm for MoO3 were determined. By optimizing the thickness of the layers, the efficiency of the diode was improved due to the balance of the distribution of electrons and holes in the interface of emissive and hole transport layers. From the current density-voltage characteristic curve, the threshold voltage for the optimized diode was determined to be 3.9 (V), which is an important value in organic light emitting diode. Also, according to electroluminescent results for the optimized organic light emitting diode, maximum current efficiency was about 2.1 (cd/A), the maximum luminescence was 7530 (cd/m2) and maximum radiation was measured at the wavelength of about 530 nm.
    Keywords: Organic light emitting diode, Buffer layer, Electroluminescent, Electron-hole recombination, Current efficiency
  • Behrooz Movahedi, Mohammad Asgharei Pages 45-56
    The aim of this work, the behavior of hot corrosion and thermal stability of nanostructured thermal barrier coating made by yttria stabilized zirconia (8YSZ) was studied. For this purpose, on the stainless steel substrates double layer of NiCrAlY with thickness of 150 μm and nanostructured YSZ with thickness of 300 μm was deposited using atmospheric plasma spraying process. The high temperature cyclic oxidation test at 1000oC and 10-hour periods was performed in order to check the coating resistance against oxidation and thermal cycles. Type I hot corrosion test was carried out at 950oC for 4-hour combining with salts such as V2O5 and Na2SO4. The results show that the nanostructured coating with grain sizes less than 100nm in order to high oxygen ion permeability did not have a significant effect on reducing the TGO layer growth. However, the results of the hot corrosion test were showing that the formation of YVO4 crystals on the surface of the nanostructured YSZ coating. Due to the high diffusionability of nanostructured coating from the top surface to the depth of YSZ some vanadium diffused to the lower layer of YSZ nanostructured coating.
    Keywords: Nanostructured Thermal barrier coating, Yttria stabilized zirconia, High temperature oxidation, Air plasma spray, Hot corrosion
  • Maedeh Sadat Zoei, Mohammad Hosein Sadeghi, Mehdi Salehi Pages 57-70
    Application of WC-10Co-4Cr coating deposited by High Velocity Oxygen Fuel (HVOF) has been widely developed for its high wear and corrosion resistance. The residual stresses created during the coating deposition process greatly effects the wear resistance and the adherence of coating to the substrate. In this study, the residual stress of coating was determined by the X-ray diffraction (XRD) technique using sin2 method and finite element method(FEM). In the experimental evaluation, the chemical layer removal process was used to measure the through thickness residual stress. In the finite element method, the impingement of the WC-10Co-4Cr particle on substrate was studied. Afterwards, the results from the impingement analysis are subsequently utilized as an input data in thermomechanical model to develop the residual stress of as-sprayed coating. The results showed that there was a good agreement between the experimental and simulation results. Final surface residual stress of WC-10Co-4Cr coating was compressive. The value of residual stress was increased with the greater thickness of coating. These compressive stresses reached to maximum compressive stress at the coating-substrate interface. Simulation results showed that the distribution of stress in the coating, except for the edges of the sample, was uniform. Residual stress on the edge of the sample had a tensile stress concentration in the interface of the coating and substrate which was prone to cracks, separations and defects of coating.
    Keywords: HVOF, WC-10Co-4Cr coating, Residual stress, Finite element method
  • Mohammad Hatami, Mostafa Tahari, Mohadeseh Tabeshfar Pages 71-82
    In this study, microstructure investigation, micro-hardness, fracture toughness and oxidation behavior of stellite6 and NiCrBSi coating produced with HVOF and GTAW methods has been investigate. The microstructure investigation of raw materials and coatings do with Secondary Electron Microscopy (SEM) and Optical Microscopy (OM). A Vickers micro-hardness meter used to study of hardness of coatings with 300 gr load. The fracture toughness of coatings investigated with Vickers hardness meter on the 1.5 to 200 Kg load. Oxidation behavior investigation of coatings carried out at 750 °C for 2, 5, 15 and 50 hrs. The oxide layer formed on the coatings during oxidation test studied with X-Ray Diffraction method. The oxidation results show the layer of Cr2O3 formed on the thermal sprayed Stellite6 coating. It caused to this coating show lower oxidation rate among all coatings. But, on the oxide layer of Stellite6 cladding coating, the spinel oxide phases are major phase, that are formed due to complex phase formed during surface welding.
    Keywords: high temperature oxidation, H13 Hot work steel, thermal spray, stellite6, NiCrBSi, GTAW
  • Mehdi Ahmadi, Ahmad Tahvilian, Seyed Rahman Hosseini, Seyed Mohammad Mehdi Hadavi Pages 83-92
    The aim of this study is the improvement of high temperature wear behavior of gamma-based titanium aluminide (Ti-48Al-2Cr-2Nb at.%) by duplex process of “plasma nitriding” and “physical vapor deposition”. Plasma nitriding processes were carried out at temperature of 800°C, duration of 9 hours and gas ratio of N2/H2:1 by amplified cathode method. Four alternative layers of TiN and Ti33Al67N were applied by PVD at temperature of 300 ˚C and duration of 2.5 hours. Characterization tests were conducted with the aid of scanning electron microscopes and X-ray diffractometer. The evaluations of surface properties were carried out by micro-hardness and scratch testers. Wear behavior was evaluated using pin on disk method at 25, 300 and 600°C. Combination of Ti2AlN, TiN and (TiAl)N after duplex treatment were confirmed by XRD results. The surface hardness of 2400 HV0.025 and critical adhesion loads of 24.1 ,60.1 and 77.6 N were reached for the first cohesive failure level (LC1), the first adhesive failure level (LC2) and the first interfacial spalling (LC3) by duplex treatment. The wear rate at temperatures of 25, 300 and 600 ˚C decreased in order of 20, 55 and 100 in comparison with substrate. The abrasion, delamination and oxidation were detected as the main active wear mechanism in this tribological system.
    Keywords: titanium aluminide, duplex process, plasma nitriding, physical vapor deposition, wear