فهرست مطالب

فصلنامه علوم و مهندسی سطح ایران
پیاپی 40 (تابستان 1398)

  • تاریخ انتشار: 1398/06/01
  • تعداد عناوین: 4
|
  • یوسف نعامی*، مهدی رئوفی، مرضیه زینعلی صفحات 1-9

    امروزه پوشش های حاوی نیکل کروم برای بهبود خواص قطعات فولادی کم کربن در صنایع مختلف بطور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند. به همین خاطر در این پژوهش پوشش Fe3TiO4 با اضافه کردن نیکل کروم توسط فرآیند پاشش حرارتی (HVOF) بر روی زیرلایه فولاد کم کربن اعمال گردید. برای این منظور پودر نیکل کروم با نسبت یکسان به مقدار 25 درصد وزنی به پودر Fe3TiO4 اضافه گردید. به منظور ارزیابی خواص ریزساختاری و فازی پوشش ها از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) مجهز به EDS، آنالیز اشعه ایکس (XRD)، میکرو سختی سنج و زبری سنج  استفاده شد. نتایج آزمایشی نشان داد که ریزساختار همگن و یکنواخت بوده که بصورت لایه لایه و متشکل از محلول جامد فلزی نیکل و آهن و محلول جامد نیکل کروم در اکسید تیتانیوم است. نتایج آنالیز پراش اشعه ایکس (XRD) بیانگر تشکیل فازهای Fe2O3, FeNi3, TiO2, Fe2TiO 4 در پوشش ها ایجاد شده است. بر اساس یافته های آزمایشی در اثر اضافه کردن نیکل کروم سختی پوشش افزایش، زبری و تخلخل پوشش کاهش می یابد.

    کلیدواژگان: NiCr، Fe3TiO4، پاشش حرارتی HVOF، ریزساختار
  • میلاد جوهری*، سیدهادی طبائیان، شهاب الدین سعیدی صفحات 11-22

    در این پژوهش اثر عملیات حرارتی همگن سازی و عملیات مکانیکی نورد گرم بر ریزساختار و رفتار خوردگی آلیاژ پایه منیزیم سازگار با محیط بدن حاوی روی، کلسیم و عناصر نادر خاکی، مورد بررسی قرار گرفته است. در ادامه به منظور بهبود خواص خوردگی، فرایند آندایزینگ با استفاده از روش HAE، در 3 چگالی جریان و 2 زمان مختلف روی هریک از نمونه ها انجام شد و لایه ی اکسیدی حاصل توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی مورد مطالعه قرار گرفت. آزمایش خوردگی در محلول PBS، در دمای 37 درجه سانتی گراد و به روش غوطه وری انجام گرفت و کاهش وزن نمونه ها اندازه گیری شد. نتایج به دست آمده نشان داد که عملیات حرارتی همگن سازی سبب یکنواخت شدن ساختار و بزرگ شدن اندازه دانه شده و تاثیر مطلوبی بر مقاومت به خوردگی آلیاژ داشته و باعث کاهش 20 درصدی نرخ خوردگی شده است. فرایند نورد داغ انجام شده نیز سبب افزایش اندازه دانه و همچنین کاهش 9 درصدی نرخ خوردگی شده است. همچنین فرایند آندایزینگ به طور کلی تاثیر مطلوبی بر خواص خوردگی نمونه ها داشته و در بهترین شرایط مشاهده شده، کاهش 80 درصدی در نرخ خوردگی را همراه داشته است. تاثیر زمان و چگالی جریان اعمالی فرایند آندایزینگ نیز مورد مطالعه قرار گرفت که نتایج حاصل برای هریک از نمونه ها تاثیر متفاوتی را نشان داده اند.

    کلیدواژگان: زیست سازگار، خوردگی، آندایزینگ، منیزیم، روش HAE
  • آرمان خلیلی، میلاد مجتهدی*، مسعود گودرزی، محمدجواد ترکمنی صفحات 23-35

    ایجاد لایه ای سخت بر سطح فولاد کربنی روشی مناسب جهت ارتقای کارایی آن است. ازجمله مواد مقاوم به سایش مورد توجه برای این منظور، کاربید تیتانیوم است. در پژوهش حاضر، سنتز کربوترمی ذرات TiC با استفاده از لیزر پالسی موردبررسی قرارگرفته است. تلاش شد کاربید تیتانیوم به صورت درجا از ایلمنایت، به عنوان ماده اولیه ای ارزان، به دست آید. اما تبدیل کامل ایلمنایت به TiC در زمان کوتاه فراوری لیزری امری دشوار است. برای فایق آمدن بر این مشکل از دو راه حل همزمان استفاده شد: مقدار کربن بیش از استوکیومتری احیا استفاده شد و مخلوط پودرهای ایلمنایت و گرافیت تحت فعال سازی مکانیکی قرار گرفتند. در این راستا، اثر افزایش زمان فعال سازی تا 200 ساعت با استفاده از پراش پرتو ایکس بررسی شد. سپس با نشاندن لایه ای از پودر بر سطح فولاد، روکش کاری لیزری انجام شد. تاثیر فعال سازی مکانیکی بر تشکیل ذرات پخش شده در روکش، خصوصا تبدیل ذرات اکسیدی به کاربیدی، مورد تحلیل قرارگرفت. به این منظور از میکروسکوپ الکترونی روبشی با آنالیزگر EDS و تحلیل پراش پرتو ایکس استفاده شد. همچنین ذرات TiC و زمینه روکش ازنظر ریخت شناسی و ریزساختاری بررسی شدند. مشاهده شد که روکش دارای ساختار انجماد جهت دار بوده؛ مناطق هم محور، سلولی، دندریتی و درنهایت یوتکتیک تشکیل شده اند. از سوی دیگر، ریزسختی سنجی نشانگر افزایش تدریجی سختی از زیرلایه تا سطح روکش بود، که به مقدار 1600 ویکرز در نزدیکی سطح رسید. مشخص گردید که سنتز روکش کامپوزیتی با توزیع گرادیانی مناسبی از ذرات TiC به روش احیای لیزری ایلمنایت امکان پذیر است.

    کلیدواژگان: روکش کاری لیزری، پوشش سخت کامپوزیتی، کاربید تیتانیوم، فعال سازی مکانیکی، ساختار گرادیانی
  • منصور رحیمی*، مسعود سلطانی، مهدی صالحی صفحات 37-52

    بهبود خواص سطحی مس مانند مقاومت به سایش و خوردگی موجب افزایش کاربرد این فلز در صنایع مختلف می گردد. به همین منظور، در این پژوهش آلیاژ اینکونل 625 به روش جوشکاری قوس تنگستن-گاز روی مس پوشش داده شد. بررسی های فازی و رفتار انجمادی روکش به کمک آزمون پراش اشعه ایکس (XRD)، میکروسکوپ نوری (OM)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و آنالیز طیف نگار تفکیک انرژی (EDS)  نشان داد که ساختار روکش ایجاد شده شامل فاز زمینه γ به همراه محصولات ثانویه انجمادی غنی از نیوبیوم می باشد. با توجه به حلالیت کامل نیکل و مس در حالت جامد، مشاهده شد که منطقه ایجاد شده بین روکش و زیرلایه دارای ترکیب شیمیایی Cu- 24.26 Ni-9.31 Cr-5.77 Mo و عاری از عیوب متالورژیکی است. میکروسختی زیرلایه و روکش در نزدیکی سطح به ترتیب 50 و 338 ویکرز اندازه گیری شد. به منظور بررسی رفتار سایشی روکش و زیرلایه از آزمون گوی بر دیسک در دمای محیط استفاده شد و سطوح سایش به کمک تصاویر SEM و آنالیز EDS مورد مطالعه قرار گرفت. روکش کاری انجام شده موجب افزایش مقاومت به سایش در حدود 85% گردید که این افزایش را می توان به علت تغییر مکانیزم سایش از سایش -ورقه ای در مس به سایش اکسیداسیونی در روکش اینکونل 625 دانست. لایه ی اکسیدی تشکیل شده از جفت سایشی علاوه بر کاهش نرخ سایش، موجب کاهش دامنه اصطکاک از حدود 5/1- 2/0 به 8/0- 3/0 نیز گردید. اثر حضور روکش بر مقاومت به خوردگی زیرلایه نیز به کمک آزمون پلاریزاسیون بررسی شد. نتایج حاکی از افزایش قابل توجه مقاومت خوردگی مس در حضور این روکش داشت و جریان خوردگی از nA/cm2 239 به nA/cm227/0کاهش یافت.

    کلیدواژگان: اینکونل 625، مس، جوشکاری قوسی، سایش، خوردگی
|
  • Yousef Naami*, Mehdi Raofei, Marziyeh Zeynali Pages 1-9

    In this study, high-velocity oxygen-fuel (HVOF) process was applied to produce Fe3TiO4 coating on the low carbon steel by adding NiCr. For this purpose, NiCr powder with the same ratio of 25% was mixed with Fe3TiO4. The structural and mechanical properties of the coatings were evaluated using scanning electron microscopy, X-ray diffractometry, micro hardness and roughness test. The results showed that the microstructure of the coatings is homogeneous and uniform, consisting of a nickel and iron solid metal solution with nickel chromium in titanium oxide. The XRD results indicated that the coatings included Fe 2O3, FeNi3, TiO2 and Fe2TiO4 phases. It was also found that the hardness was increased, roughness and porosity was decreased by addition of NiCr

    Keywords: NiCr, Fe3TiO4, HVOF thermal spraying, Microstructure
  • Milad Johari*, SayedHadi Tabaian, Shahaboddin Saeedi Pages 11-22

    In this paper, the effects of anodizing, solution heat-treatment and hot-rolling on microstructure and corrosion behavior of a biocompatible magnesium alloy containing Zn, Ca, and rare earth elements (REEs) were investigated. The anodizing process using HAE method in 3 various current densities and 2 different times was performed on each of the specimens. The corrosion resistance of samples was evaluated by immersion test in PBS solution at 37 ° C. The resulting oxide film were studied by scanning electron microscopy and the weight loss of the specimens was measured after eliminating the oxide residues. The results showed that a uniform structure with increased grain size is made by solution heat-treatment. This treatment had a favorable effect on the corrosion resistance of the alloy and reduced the corrosion rate by 20%. The hotrolling process likewise increased grain size and reduced the corrosion rate by 9%. Also, the anodizing process generally had a favorable effect on the corrosion properties of the specimens and in the best condition, caused 80% reduction in the corrosion rate. The effect of time and applied current density of the anodizing process was also studied. Results showed different effects for each of samples.

    Keywords: Biocompatible, corrosion, anodizing, magnesium, HAE method
  • Arman Khalili, Milad Mojtahedi*, Massoud Goodarzi, MohammadJavad Torkamani Pages 23-35

    Synthesis of a hard layer on the surface of mild steel is a proper way to rise its performance. Titanium carbide is among the preferred wear-resistant materials. In this research, the carbothermal synthesis of TiC via pulsed laser is studied. Ilmenite is used, as an economic raw material, for in-situ synthesis of TiC. However, the conversion of FeTiO3 to TiC in the short period of laser processing is challenging. Therefore two solutions were accompanied: the applied carbon content was more than the stoichiometry of reduction, while the blended ilmenite and graphite powders were mechanically activated. The increase of activation time to 200 hours was investigated via X-ray diffraction analysis. Afterward, a layer of the powder was preplaced on the substrate and the laser cladding was conducted. The effect of mechanical activation on the formation of the dispersed particles is studied, especially considering the transformation of oxides to TiC. SEM with EDS analyzer and XRD analysis were applied for this aim. The morphology of TiC particles and the microstructure of the matrix were also deliberated. The characteristic microstructure of directional solidification with equiaxed, cellular, dendritic and eutectic regions was observed. Otherwise, the Vickers microhardness measurements represented a gradual increase from the substrate toward the surface, which has reached to 1600 HV. It is confirmed that the synthesis of a composite layer with gradual dispersion of TiC particles via laser reduction of ilmenite is a feasible process.

    Keywords: Laser Cladding, Hard Composite Coating, Titanium Carbide (TiC), Mechanical Activation, Graded Structure
  • Mansour Rahimi*, Masoud Soltani, Mehdi Salehi Pages 37-52

    Improvement of copper surface properties, such as wear resistance and corrosion resistance, increases the application of this metal in various industries .For this purpose, Inconnell 625 alloy was coated with Gas Tangsten Arc Welding (GTAW) on copper. Phase analysis and solidification behavior of coating were performed using X-ray diffraction (XRD), optical microscopy (OM), scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS). The results showed that the coating structure contains the γ phase, with the secondary products of niobiumrich. Due to the full solubility of nickel and copper in solid state, it was observed that the region created between the coating and the substrate has a chemical composition of Cu-24.26 Ni-9.31 Cr-5.77 Mo and is free from metallurgical defects. The microhardness of sunstrate and coating was measured 50 and 338 vickers, respectively. In order to investigate the wear behavior of the coating and the substrate, the pin on disk test was used at ambient temperature. The wear surfaces produced at ambient tempreture characterised at micro-scale level using SEM and EDS. The presence of coating increased wear resistance of about 85%, which can be attributed to the change in the wear mechanism from delamination wear (related to copper) to oxidation wear (related to inconell 625). The oxide layer formed from the wear pair, in addition to reducing the wear rate, reduced the friction range from about 0.2 - 1.5 (related to copper) to 0.3 - 0.8 (for inconell 625). The study corrosion property of coating and substrate was also done by polarization test. The results showed a significant increase corrosion resistance of copper in the presence of this coating and corrosion current decreased from 239 nA/cm2 to 0.27 nA/cm2 .

    Keywords: Inconell 625, Copper, Arc welding, Wear, Corrosion