فهرست مطالب

علوم و مهندسی سطح ایران - پیاپی 43 (بهار 1399)

فصلنامه علوم و مهندسی سطح ایران
پیاپی 43 (بهار 1399)

  • تاریخ انتشار: 1399/04/30
  • تعداد عناوین: 6
|
  • پیمان علی زاده بروجنی، بهنام لطفی*، زهره صادقیان صفحات 1-9

    هدف از این پژوهش هم رسوبی الکتریکی ذرات سخت کاربید بور (B4C) و ذرات روانکار سولفید تنگستن (WS2) بر زیر لایه مسی و ایجاد پوشش نانو کامپوزیتی Ni-B4C-WS2 و ارزیابی سختی و رفتار تریبولوژیکی پوشش نانو کامپوزیتی حاصل بوده است. جهت بررسی ریزساختاری از میکروسکوپ الکترونی گسیل میدان (FESEM)و جهت ارزیابی سختی و رفتار تریبولوژیکی به ترتیب از سختی سنج ویکرز و آزمون پین روی دیسک استفاده شد. نتایج نشان داد که پوشش کامپوزیتی هیبریدی نسبت به پوشش های کامپوزیتی تک ذره ای ریز دانه تر بوده وتوزیع بهتری از ذرات کاربید بور و سولفید تنگستن دارد. سختی پوشش هیبریدی 461 ویکرز به دست آمد که نسبت به دو پوشش دیگر سختی بالاتری دارد. همچنین کمترین کاهش وزن پس از آزمون سایش به مسافت لغزش 800 متر در پوشش هیبریدی به میزان 1 میلی گرم به دست آمد که نسبت به دو پوشش دیگر پایین تر بود. همچنین کمترین ضریب اصطکاک برای پوشش هیبریدی به میزان 53/0 به دست آمد.

    کلیدواژگان: کاربید بور، سولفید تنگستن، پوشش هیبریدی
  • علی رحمتی*، سیما برخوردار، مهلا قائمی مقدم صفحات 11-20

    در کار حاضر، ساختار نامتجانس دو مولفه ای از آرایه نانومیله های اکسید روی (ZnO NRs) و ساختارهای اکسید مس (CuO) رشد داده می شود. نانومیله-های یک بعدی ZnO به کمک لایه جوانه زنی به وسیله ی روش شیمیایی تر در دمای پایین رشد داده می شوند. سپس فیلم نازک اکسید مس با اکسایش حرارتی فیلم نازک Cu نهشت شده با کندوپاش مگنترونی بر ZnO NRs به منظور افزایش و گسترش جذب اپتیکی در ناحیه مریی تشکیل می شود. مشخصه های نوری، ساختاری، ریختی، الکتریکی و چگونگی فصل مشترک ساختار نامتجانس ZnO NRs/CuO TF به وسیله ی آنالیزهای طیف سنجی UV-Vis-near IR، پراش-سنجی پرتو X (XRD)، میکروسکوپ الکترونی روبشی- گسیل میدانی/ طیف سنجی تفکیک انرژی پرتو X (FE-SEM / EDX) و اندازه گیری مشخصه جریان- ولتاژ مطالعه می شوند. با اکسایش حرارتی فیلم نازک Cu برZnO NRsدر بازه دمایی °C600-200 باعث تشکیل ساختار نامتجانس ZnO NRs/CuO TFمی شود.جذب پیوند ZnO NRs/CuO TF نسبت به ZnO NRs لخت در ناحیه مریی افزایش می یابد فعالیت فوتوکاتالیستی ساختار های نامتجانس ZnO NRs/CuO از طریق کاهش رودامین بی (RhB) تحت تابش نور UV و مریی بررسی شد..فعالیت فوتوکاتالسیتی و آهنگ تخریب RhB توسطZnO NRs/CuOTFنسبت به ZnO NRs لخت افزایش قابل توجهی می یابد.

    کلیدواژگان: نانوساختارهای یک بعدی اکسید روی، کندوپاش مگنترونی، شیمیایی تر، اکسایش حرارتی
  • مرضیه عباسی فیروزجاه*، بابک شکری، هادی محمودی صفحات 21-32

    در این تحقیق لایه های نازک سیلیکاتی و سیلیکای آلاییده با کربن به روش پلیمریزاسیون پلاسمایی با استفاده از دستگاه کوپل خازنی در فرکانس رادیویی و روی زیرلایه های سیلیسیومی انباشت شدند. برای تولید لایه ها از ماده اولیه به صورت مایع آلی-سیلیکاتی TEOS استفاده شد و بخار آن با گازهای اکسیژن و استیلن با نسبت شارهای مشخص ترکیب شد. به منظور افزودن عنصر کربن به درون لایه های سیلیکاتی، گاز استیلن در ترکیب گازی پلاسما افزوده شد. تاثیر شار گاز استیلن بر ضخامت و ضریب شکست لایه ها با استفاده از آزمون بیضی سنجی طیفی مورد مطالعه قرار گرفت. علاوه بر این، به منظور بررسی میزان تغییر شفافیت لایه ها، جذب اپتیکی آنها نیز با همین روش آزمون تعیین شد. بررسی ریخت شناسی سطح لایه ها با استفاده از میکروسکوپ نیروی اتمی نشان داد که افزایش شار گاز استیلن در ترکیب پلاسما، موجب افزایش زبری سطح لایه ها از 0.1 نانومتر تا 5.3 نانومتر شد. همچنین، نتایج مشخصه یابی اپتیکی نشان داد که افزایش گاز استیلن در ترکیب پلاسما موجب افزایش ضریب شکست لایه ها از 1.447 تا 1.485 و همچنین افزایش ضریب جذب اپتیکی آن ها از 0.8% تا 9.2% شده است. برای ترکیب شدن عناصر کربنی در لایه سیلیکاتی و تغییر خواص آن، اثر افزایش شار گاز استیلن با اثر کاهش اکسیژن در ترکیب پلاسما مقایسه شد.

    کلیدواژگان: سیلیکای آلاییده با کربن، پلیمریزاسیون پلاسمایی، ضریب شکست، رسوب شیمیایی بخار پلاسمایی، آلی-سیلیکاتی
  • حسین جمالی*، رضا مظفری نیا، اکبر اسحاقی، فاطمه سوسنی صفحات 33-44

    در پژوهش حاضر، پوشش های ژرمانیوم-کربن (Ge1-x-Cx) به وسیله فرایند رسوب دهی شیمیایی بخار به کمک پلاسما (PECVD) با استفاده از پیش ماده های گازی GeH4 و CH4 روی زیرلایه های سیلیسیومی و شیشه ای رسوب داده شدند. به منظور بررسی پایداری محیطی پوشش ها، از آزمون مه نمکی استفاده شد. به منظور مشخصه یابی ریزساختاری و پیوندی پوشش ها به ترتیب از میکروسکپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (FESEM) مجهز به طیف سنج تفکیک انرژی (EDS) و طیف سنج فوتوالکترون پرتو ایکس (XPS) استفاده شد. بررسی کیفیت فیزیکی نمونه ها پس از گذشت 24 ساعت قرارگیری در معرض مه نمکی، پایداری بسیار مناسب تمام پوشش های ژرمانیوم-کربن رسوب داده شده در شرایط مختلف را نشان داد؛ به گونه ای که هیچ اثری از کنده شدن، پوسته شدن، ترک برداشتن و تاول زدن روی نمونه ها مشاهده نشد. ارزیابی های میکروسکپی الکترونی روبشی از سطح رویی پوشش ها نیز این موضوع را اثبات کرد. تنها برای پوشش Ge1-x-Cx غنی از کربن، بخش هایی از لبه های پوشش تخریب شد. سازوکار تخریب پوشش به صورت تاول زدن و توسعه ترک به واسطه نفوذ مولکول های آب به فصل مشترک آزاد پوشش/ زیرلایه تشخیص داده شد.

    کلیدواژگان: ژرمانیوم-کربن، رسوبدهی شیمیایی بخار به کمک پلاسما، آزمون مه نمکی، پایداری محیطی
  • محمدرضا شبگرد*، جواد آسیابی، هادی عیوضی باقری صفحات 45-54

    در این مقاله تاثیر پارامترهای ورودی (زمان روشنی پالس، شدت جریان ورودی ، ولتاژ و سیکل وظیفه) فرآیند لایه نشانی به روش تخلیه الکتریکی روی خواص سطحی فولاد ابزار AISI H13 شامل تغییرات سختی سطح، عمق لایه نشانی سطح و زبری سطح مورد مطالعه قرار گرفته است. برای این منظور از الکترودهای Ti-Cr-Cu فرآوری شده با متالورژی پودر استفاده شد. به منظور بررسی ضخامت لایه سطحی با استفاده از دستگاه میکروسکوپ الکترونی از سطح نمونه ها تصویر برداری صورت گرفت و تغییرات سختی سطح به روش میکروسختی سنجی اندازه گیری شد. همچنین جهت شناسایی ترکیبات تشکیل شده در سطح، از روش پراش سنجی اشعه ایکس استفاده شده و زبری سطح نمونه ها، با استفاده از پارامتر زبری میانگین سطح ((Ra کنترل گردید. نتایج نشان می دهند در اثر انجام این فرآیند، کاربیدهایی مثل TiC ، Cr7C3 و Fe2C در سطح قطعه کار تشکیل شده و باعث افزایش سختی سطح آن می شوند. همچنین با افزایش شدت جریان و زمان روشنی پالس مقدار سختی سطح بیشتر شده و عمق لایه سطحی نیز افزایش می یابد. علاوه بر آن، با افزایش ولتاژ ورودی، ضخامت لایه سطحی بیشتر شده و زبری سطح قطعه کار کاهش می یابد. همچنین با افزایش پارامتر سیکل وظیفه به دلیل افزایش تعداد جرقه ها در واحد زمان، عمق لایه ی سطحی نیز بیشتر می گردد.

    کلیدواژگان: لایه نشانی تخلیه الکتریکی، سختی، زمان روشنی پالس، شدت جریان، فولاد AISI H13
  • هادی جسور، حمیدرضا فرنوش* صفحات 55-69

    با افزودن عناصر واسطه به اکسید اسپینل منگنز-کبالت (MCO) می توان هدایت الکتریکی دمای بالا و چسبندگی پوشش های محافظ بر روی اتصال دهنده های پیل سوختی اکسید جامد را بهبود بخشید. در این پژوهش، نانوپودرهای اسپینل با ترکیبCux(Mn, Co)3-xO4 (x= 0، 2/0 و 4/0) به روش سل-ژل بر پایه ی شیوه ی پچینی سنتز شد. آلیاژ فولاد زنگ نزن 430 به عنوان اتصال دهنده با استفاده از روش لایه نشانی الکتروفورتیک (EPD) توسط ترکیبات اکسید اسپینل پوشش دهی شد. براساس یکنواختی ریز ساختار پوشش ها پارامتر های بهینه زمان 1 دقیقه و ولتاژ لایه نشانی60 ولت انتخاب شد. در ادامه سینتیک لایه نشانی بر اساس مدل بالدیسری در 60 ولت برای نمونه های Cu0.2MCO وCu0.4MCO بررسی شد. تف جوشی نمونه های پوشش داده شده در شرایط احیایی- اکسیدی در دو مرحله انجام گرفت. فاز و ریزساختار پودر های سنتز شده و پوشش ها به ترتیب به وسیله آزمون پراش اشعه ایکس (XRD) و میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (FE-SEM) مجهز به طیف سنجی تفرق انرژی (EDS) مشخصه یابی شد. نتایج آزمون مقاومت ویژه سطحی غیرهمدما در محدوده دمایی oC 800-550 نشان داد که نمونه Cu0.2MCO کمترین مقدار مقاومت ویژه سطحی (ASR) (mΩ cm2 2/3) با انرژی فعالسازی ماکزیمم kJ/mole2/48Ea= را نشان داد.

    کلیدواژگان: پیل سوختی اکسید جامد، اتصال دهنده، اسپینل منگنز-کبالت، لایه نشانی الکتروفورتیک، مقاومت ویژه سطحی
|
  • Peyman Alizadeh Boroujeni, Behnam Lotfi*, Zohreh Sadeghian Pages 1-9

    The purpose of this study was the co-electrodeposition of boron carbide (B4C) hard particles and tungsten sulfide (WS2) lubricant particles on copper substrate and produce Ni-B4C-WS2 nanocomposite coatings. Hardness and tribological behavior of nanocomposite coatings were also investigated. Field emission electron microscopy (FESEM) was used to study the microstructure of coatings and hardness and tribological behavior, were evaluated by microhardness and pin-on-disk tests respectively. The results showed that hybrid nanocomposite coating is more fine-grained than other coatings, and have a better distribution of boron carbide and tungsten sulfide particles. The hardness of hybrid coating was obtained 461 vickers, which was much higher than that of the other two coatings. The lowest weight loss after wear test at slide distance of 800 m was obtained in 1 mg hybrid coating which was much lower than other two coatings. Also, the lowest friction coefficient for the hybrid coating was 0.53.

    Keywords: Boron Carbide, Tungsten Sulfide, hybrid coating, hardness, wear, friction coefficient
  • Sima Barkhordar Baravati, Ali Rahmati*, Mahla Ghaemi- Moghadam Pages 11-20

    In the present work, two- component heterostructure of ZnOnanorods array (ZnO NRs) and CuO nanostructure has been grown. Well-aligned ZnO NRs have been synthesized using seed layer by low temperature wet chemical method. Then, CuOthin film has been form by thermal oxidation ofCu thin film deposited by magnetron sputtering on ZnO NRs to increase and expand optical absorption to visible region. The structure, morphology and chemical, optical, photocatalytic properties of ZnO NRs/CuOheterostructures have been studied by, X-ray diffractometry (XRD), field emission- scanning electron microscope/ energy dispersive X-ray spectroscopy (FE-SEM /EDX), UV-Vis- near IR optical absorption spectroscopy, and current – voltage measurement, respectively.Thermal oxidation of Cu thin film on ZnO NRs in the temperature range 200- 600 °C Cause ZnO NRs/CuO TF heterostructure to form. The ZnO NRs/CuOheterostructures increase and expand optical absorbtion to visible range in comparision to bare ZnO NRs.Photocatalytic activity of ZnO NRs/CuOheterostructure was investigated through Rhodamine B (RhB) photodegrdation under UV- Vis irradiation.Photocatalytic efficiency of ZnO NRs/CuOheterostructure is considerably increased in comparison to bare ZnO NRs

    Keywords: One- dimensional ZnO Nanostructure, Magnetron Sputtering, Wet Chemical, Thermal Oxidation
  • Marzieh Abbasi-Firouzjah*, Hadi Mahmoodi, Babak Shokri Pages 21-32

    In this study, silica and carbon doped silica thin films were deposited on silicon substrates by plasma polymerization using capacitively coupled system in radio frequency. Organo-silicon TEOS vapor was used as a precursor for synthesizing the films which were mixed by specific flow rate of oxygen gas.In order to combine carbon elements into the silica films, acetylene gas was also added into the plasma gas mixture. The effect of acetylene gas flow rates on thickness and refractive index of the films was studied by spectroscopic ellipsometry. Furthermore, in order to investigate the films transparency, the optical absorption was also determined using the same analysis. Morphological investigation of the films using atomic force microscopy was shown that increasing acetylene into the plasma, causes to increase the surface roughness of the films from 0.1 nm to 5.3 nm. Furthermore, the results of optical analysis were shown that increasing acetylene concentration in the plasma led to increase the films refractive index from 1.447 to 1.485 as well as increase their optical absorption from 0.8% to 9.3%. Moreover, for adding carbon elements into the silica films and changing their properties, the effect of increasing acetylene flow rate was compared by decreasing oxygen flow rate.

    Keywords: Carbon doped silica, Plasma polymerization, Refractive index, PECVD, Organo-silicate
  • Hossein Jamali*, Reza Mozafarinia, Akbar Eshaghi, Fatemeh Sousani Pages 33-44

    In the current study, the Ge1-xCx coatings were deposited on silicon and glass substrates by a plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) process with a gas mixture of GeH4 and CH4 as the precursors. In order to evaluate the environmental stability of the coatings, the salt fog test was used. Microstructural investigation and bonding characterization of coatings were performed using a field emission scanning electron microscope (FESEM) equipped with energy dispersive spectrometer (EDS) and X-ray photoelectron spectrometer (XPS), respectively. After 24 hours exposure to the salt fog, all of the germanium-carbon coatings are deposited under different conditions shows a very good stability; So that, there was no trace of detachment, peeling, cracking and blistering on the specimens. Scanning electron microscopic evaluations from the surface of the coatings also confirmed this. Only for the carbon-rich Ge1-xCx coatings, some parts of the edges of the coating were degraded. The mechanism of degradation of the coatings was described as blistering and crack development due to the influence of water molecules on the interface of the coating/substrate.

    Keywords: Germanium-carbon, Plasma enhanced chemical vapor deposition, Salt fog test, Environmental stability
  • Mohammad Reza Shabgard*, Javad Asiabi, Hadi Eivazi bagheri Pages 45-54

    In this paper, effect of input parameters (pulse on time, pulse current, voltage and duty cycle) of electric discharge deposition process on surface quality parameters including surface hardness, surface deposited layer thickness and roughness of AISI H13 tool steel using Ti-Cr-Cu alloys as electrode was studied. SEM was used to investigate the thickness of the surface layer, and the hardness of surface deposited layer was measured by microhardness test. Also, XRD method was used to identify the compounds on the surface and deposited surface roughness was controlled using Ra parameter. Based on the obtained results, TiC, Cr7C3 and Fe2C are formed at the deposited layer due to surface alloying and increasing surface hardness. Also, by increasing the pulse current and the pulse on time, the surface hardness and depth of the deposited layer were increased. Furthermore, with increase in input voltage, the thickness of the surface layer is increased and the workpiece surface roughness is reduced. Also, by increasing the duty cycle due to the increase in the number of sparks in time, the depth of the surface deposited layer is increased.

    Keywords: Electrical discharge deposition, hardness, pulse on time, pulse current, AISI H13
  • Hadi Jasoor, Hamidreza Farnoosh* Pages 55-69

    Doping rare transition metals into Mn-Co spinel oxide (MCO) could improve conductivity and bonding of coated interconnects applied for solid oxide fuel cells. In the present study, Cux(Mn, Co)3-xO4 (x=0, 0.2 and 0.4) nanopowders were synthesized via sol-gel based Pechini method. Protective coatings of spinel compounds have been applied on SUS430 stainless steel interconnects by using electrophoretic deposition (EPD). The optimum condition of 1 min deposition time at 60 V was chosen according to the uniformity of coating microstructure. Kinetics of deposition was studied based on Baldisserri model at 60 V for Cu0.2MCO and Cu0.4MCO samples. The sintering of coated samples was carried out in two-steps under the both reducing and oxidizing atmospheres. The phase and microstructure of synthesized spinel nanopowders and coatings were characterized by X-ray diffraction (XRD) and fieldemission scanning electron microscopy (FE-SEM) equipped with EDS. The results of non-isothermal area specific resistance (ASR) measurements in the temperature range of 550-800oC showed the minimum value of area specific resistance (ASR)=3.2 mΩ cm2 and maximum activation energy of Ea=48.2 kJ/mole were obtained for Cu0.2MCO sample.

    Keywords: Solid oxide fuel cell, Interconnect, Manganese-cobalt spinel, Electrophoretic deposition, Copper, Area specificresistance