فهرست مطالب

فصلنامه علوم و مهندسی سطح ایران
پیاپی 45 (پاییز 1399)

  • تاریخ انتشار: 1399/08/20
  • تعداد عناوین: 5
|
  • غلامرضا فغانی* صفحات 1-13

    در این تحقیق، سه سوپرآلیاژ پایه نیکل کلمونوی 6، هستلوی 276C و اینکونل 625 توسط فرآیند GTAW بر روی فولاد زنگ نزن 310 پوشش دهی شدند. سختی سنجی به روش ویکرز، ارزیابی رفتار سایشی به روش پین بر روی دیسک و تشخیص مکانیزم سایش سطوح به کمک تصاویر SEM روی نمونه ها انجام گرفت. رفتار اکسیداسیون دما بالا تحت دمای 1050 درجه سانتی گراد در هشت سیکل 24 ساعته مطالعه شد. همچنین به منظور بررسی و مقایسه رفتار خوردگی نمونه ها، از آزمون پلاریزاسیون پتانسیودینامیک در محلول ترکیبی اسید سولفوریک و کلرید سدیم استفاده شد. نتایج سختی سنجی، سختی سطحی به مراتب بالاتر سوپرآلیاژهای پایه نیکل هستلوی276C (727 ویکرز) و کلمونوی 6 (612 ویکرز) در مقایسه با سوپرآلیاژ اینکونل 625 (338 ویکرز) و زیرلایه ی فولادی (217 ویکرز) را نشان داد. بهترین رفتار سایشی مربوط به پوشش هستلوی276C با ضریب اصطکاک 28/0 بود. همچنین بررسی های مورفولوژی سطوح سایش نمونه ها، تغییر مکانیزم سایش را از سایش ورقه ای به خراشان با اعمال پوشش های سوپرآلیاژ پایه نیکلی بر فولاد زنگ-نزن 310 نشان داد. در آزمون اکسیداسیون دما بالا، کمترین میزان افزایش وزن (2 mg/cm0.5) برای پوشش هستلوی276C محاسبه شد. آزمون خوردگی نیز نشان دهنده ی افزایش مقاومت به خوردگی فولاد زنگ نزن 310 با ایجاد پوشش ها بوده و بیشترین پتانسیل خوردگی(mV 9/119-) و کمترین دانسیته ی جریان خوردگی (µA.cm-2 14/0) برای پوشش هستلوی276C بدست آمد. در نهایت با در نظر گرفتن نتایج، به نظر می رسد که پوشش هستلوی276C به عنوان مطلوب ترین گزینه برای ایجاد بر روی فولاد زنگ نزن 310 جهت کاربرد در شرایط دما بالا باشد.

    کلیدواژگان: سوپرآلیاژ، سایش، اکسیداسیون، پلاریزاسیون، جوشکاری
  • محمدمسعود طاهری*، مهدی علی زاده، عباس بهرامی صفحات 15-24

    در این پژوهش رفتار فرسایشی چدن داکتیل آستمپرشده کاربیدی و چدن داکتیل آلیاژی مورد بررسی و مقایسه قرار گرفت. به این منظور نمونه های مربعی شکل با ابعاد 3 سانتی متر و ضخامت 1 سانتی متر تهیه شد. نمونه های چدن داکتیل آلیاژی تحت عملیات حرارتی آستمپرینگ قرار گرفتند. بررسی های ریزساختاری با استفاده از میکروسکوپ نوری، میکروسکوپ الکترونی روبشی و آنالیز EDS انجام شد. قبل از آزمون فرسایش سختی و زبری نمونه ها اندازی گیری شد. نمونه ها در پنج زاویه ی 30، 45، 60، 75 و 90 درجه تحت آزمون فرسایش قرار گرفتند. نمودار کاهش وزن استاندارد بر حسب زاویه رسم شد که نشان داد نمونه داکتیل آستمپرشده کاربیدی در همه زوایا مقاومت فرسایشی بهتری دارد. نتایج ازمون پراش پرتو ایکس از سطح نمونه ی چدن داکتیل آستمپرشده کاربیدی قبل و بعد از آزمون فرسایش نشان داد نمونه دارای 38 درصد آستنیت باقی مانده است که بعد از آزمون فرسایش استحاله تحت کرنش پیدا کرده است و به مارتنزیت تبدیل شده است. آزمون ریزسختی سنجی روی نمونه چدن داکتیل آستمپرشده کاربیدی بعد از آزمون فرسایش انجام شد و نشان داد به دلیل استحاله در سطح سختی سطح آن از 446 ویکرز به 531 ویکرز افزایش پیداکرده است. همچنین تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی از سطح فرسایش شده نمونه ها نشان داد مکانیزم غالب فرسایش در زوایای کم (30 تا 60 درجه) برش و شخم زنی می باشد و در زوایای بالا (60 تا 90 درجه) مکانیزم غالب ترک و میکروترک می باشد.

    کلیدواژگان: فرسایش، چدن داکتیل استمپرشده کاربیدی، عملیات حرارتی استمپرینگ، ریزساختار
  • فاطمه بانشی*، فخرالدین اشرفی زاده، مهدی علیزاده صفحات 25-50

    در این پژوهش خواص مکانیکی و رفتار تریبولوژیکی پوشش‎های گالوانیزه و گالوالوم تولید شده به روش غوطه‎وری مورد ارزیابی قرار گرفته و با توجه به کاربرد ورق‎های پوشش دار در شرایط بالاتر از دمای اتاق، اثر حرارت‎دهی طولانی مدت بر خواص این ورق‎ها مطالعه شده است. بدین منظور نمونه‎هایی از ورق فولاد کربنی با پوشش گالوانیزه و گالوالوم با ضخامت‎های یکسان آماده سازی شد و ریزساختار و مورفولوژی نمونه ها و ترکیب شیمیایی نواحی مختلف توسط SEM مورد بررسی قرار گرفت. ترکیب فازی و بافت کریستالی پوشش ها نیز به روش XRD تعیین شد. جهت بررسی خواص مکانیکی ورق های پوشش‎دار از سختی سنج ویکرز و آزمون کشش استفاده شد؛ خواص تریبولوژیکی پوشش‎ها توسط آزمون پین روی دیسک مورد ارزیابی قرارگرفت. مقایسه نتایج مشخص نمود که به‎طورکلی استحکام ورق گالوانیزه از گالوالوم بیشتر است؛ پوشش گالوالوم ازدیاد طول نسبی بالاتر و رفتار سایشی ضعیف‎تری نسبت به گالوانیزه نشان داد. در ورق گالوانیزه حرارت‎دیده در دماهای بیشتر از 300، از یک طرف نفوذ آهن از زیرلایه به سمت سطح پوشش سبب تشکیل فازهای ترد بین‎فلزی می‎شود که تاثیر منفی بر رفتار سایشی ورق گالوانیزه دارد، از طرف دیگر با تشکیل لایه اکسیدی مقاوم بر سطح پوشش رفتار اصطکاکی بهتر می‎شود. با حرارت‎دهی ورق گالوالوم در دماهای بالاتر از 400 سطح پوشش تیره و برآمدگی‎هایی ناشی از تشکیل فازهای بین‎فلزی و لایه اکسید برسطح پوشش نمایان گشت. با توجه به نتایج این تحقیق در کاربردهایی که ضریب اصطکاک اهمیت دارد، گرمایش ورق گالوانیزه در دماهای بالاتر از 300 و ورق گالوالوم در دماهای بیشتر از 400 توصیه نمی‎شود.

    کلیدواژگان: پوشش گالوانیزه، پوشش گالوالوم، سیکل‎های حرارتی، خواص مکانیکی، رفتار تریبولوژیکی
  • مرضیه عباسی فیروزجاه*، بابک شکری صفحات 51-64

    در این تحقیق، لایه سیلیکاتی فلویوردار به روش پلیمریزاسیون پلاسمایی و با استفاده از دستگاه پلاسمایی فرکانس رادیویی تولید شده است. به منظور کاهش ضریب شکست لایه ها، تخلخل های ساختاری در لایه ایجاد شد. میزان ناخالصی، ضریب جذب اپتیکی، زبری سطح و میزان چگالی جریان تراوشی و آستانه میدان شکست لایه ها مورد بررسی قرار گرفتند. به منظور بررسی فرآیند پلیمریزاسیون پلاسمایی، نوع گاز فلویوردار و فشار کاری و همچنین قرار دادن پایه برای بسترهای سیلیکونی مورد آزمایش قرار گرفتند. حالت های پیوند شیمیایی لایه ها و ریخت شناسی سطح لایه ها به ترتیب توسط طیف‎سنج تبدیل فوریه مادون قرمز و میکروسکوپ نیروی اتمی مورد بررسی قرار گرفت. علاوه بر این، مطالعه ضریب شکست و ضریب جذب لایه ها نیز توسط دستگاه بیضی سنجی طیفی انجام گرفت. نتایج نشان داد لایه سیلیکاتی فلویوردار با خلوص بالا و تخلخل های ساختاری، دارای ضریب شکست فوق کم (1.17 و 1.09) و ثابت خاموشی کمتر از 4-10 است و افزایش فشار و همچنین قرار دادن پایه برای بستر ها موجب افزایش ناخالصی های آلی به ویژه پیوندهای کربنی و به موجب آن از بین رفتن تخلخل های ساختاری لایه شد که در مجموع منجر به افزایش ضریب شکست (1.39 و 1.37) و ثابت خاموشی (0.004 و 0.0005) لایه ها شده است.

    کلیدواژگان: لایه سیلیکای فلوئوردار، پلیمریزاسیون پلاسمایی، PECVD، تخلخل های ساختاری، ضریب شکست
  • پژمان رضایی طالقانی، ضیاء والفی*، ناصر احسانی صفحات 65-84

    در این پژوهش ابتدا رسوب پیشماده La2(Zr0.7Ce0.3)2O7 بوسیله مواد اولیه اکسید لانتانیم،ZrOCl2.8H2O و Ce(NO3)3.6H2O فراوری شد. فرایند کلسیناسیون این رسوب در دماهای °C900 - °C400 انجام گرفت و ساختار فازی، اندازه ذرات و مورفولوژی پودرهای کلسینه شده مورد بررسی قرار گرفتند. آگلومره های دو رسوب کلسینه شده در دماهای °C600 و °C900 به منظور پوششدهی به روش پلاسما اسپری بر روی زیرلایه هایی از جنس Hastelloy X دارای لایه های AMDRY 962 و METCO 204NS-G به کار برده شدند. هر دو پوشش دولایه سرامیکی اعمال شده توسط آگلومره های °C600 و °C900 به همراه پوشش YSZ معمولی تحت آزمون اکسیداسیون سیکلی در دمای °C1000 قرار گرفتند. نتایج حاصل از الگوهای پراش و بررسیهای ریزساختاری نشان داد که فقط رسوب پیشماده La2(Zr0.7Ce0.3)2O7 کلسینه شده در دمای °C900 به دلیل دمای نسبتا بالای کلسیناسیون، حالت نانوذرات شامل فازهای اصلی زیرکونات لانتانیم دارای مقادیر جزیی سریوم حل شده (فاز LZ) و محلول جامد زیرکونات لانتانیم سریوم (فاز LC) را داشت. اما هر دو نوع پوشش دولایه سرامیکی از این فازها تشکیل شده و هر دو آنها نیز به صورت پوششهای نانوساختار دارای ترکهای عمودی بودند. تنها تفاوت بین آنها، تراکم نسبتا کمتر پوشش دولایه سرامیکی اعمال شده توسط آگلومره های °C600 بود. نتایج حاصل از آزمون اکسیداسیون سیکلی نشان داد که تنها این پوشش به-دلیل تراکم ریزساختاری مناسب و حضور ترکهای عمودی از کارکرد مناسبی برخوردار بود. ریخت لایه های این پوشش پس از 924 سیکل حرارتی بدون عیب باقی ماند. اما در پوشش YSZ معمولی پس از آزمون اکسیداسیون سیکلی ترک امتدادیافته ای در نزدیکی مواضعی از فصل مشترک TGO/YSZ تشکیل شد.

    کلیدواژگان: ترکهای عمودی، زیرکونات لانتانیم سریوم، LZ + LC، پوشش دولایه سرامیکی نانوساختار، اکسیداسیون سیکلی
|
  • Gholamreza Faghani* Pages 1-13

    In this study, three nickel-based superalloys consist of Colmonoy 6 ،Inconel 625 and Hastelloy C276 was coated by GTAW process method on 310 stainless steel. Evaluation of hardness, wear behavior and wear mechanism of samples was performed with Vickers, pin-on-disc method and using SEM images, respectively. The high temperature oxidation behavior was also studied at 1050°C in 8 cycles of 24hours. Also, to investigate corrosion behavior of samples, potentiodynamic polarization test was used in a solution of sulfuric acid and sodium chloride. The surface hardness results showed higher hardness of the Hastelloy C276 (727 HV) and Colmonoy 6 (612 HV) than the Inconel 625 (338 HV) and the steel substrate (217 HV). The best wear behavior was related to Hastelloy C276 with friction coefficient of 0.28. Surface morphology studies of the samples show a change in the wear-resistance mechanism from sliding to adhesive by applying nickel-base coatings on 310 stainless steel. In high temperature oxidation test, minimum weight gain was calculated for Hastelloy C276 (0.5mg/cm2). Corrosion test shows that fabrication of coatings improved 310 stainless steel corrosion resistance which maximum corrosion potential (-119/9 mV) and minimum corrosion current density (0.14 µA.cm-2) was owned by Hastelloy C276. Finally with considering the results, it seems that Hastelloy C276 be as the most desirable option with the aim of coating on 310 stainless steel in high-temperature conditions.

    Keywords: Superalloy, Wear, Oxidation, Polarization, Welding
  • MohammadMasood Taheri*, Mehdi Alizaeh, Abbas Bahrami, Kamran Saebi Pages 15-24

    In this research, the erosion behavior of carbidic austempered ductile iron and alloyed ductile iron was studied and compared. For this purpose, cubic specimens with a size of 3*3*1 cm were prepared, and subsequently austempered. Microstructural characterization was carried out using optical microscopy and scanning electron microscopy (SEM) coupled with energy dispersive spectroscopy (EDS). Hardness and surface roughness were measured prior to the erosion test. Specimens underwent erosion test at the angles of 30, 45, 60, 75, and 90 degrees. Diagrams depicting weight loss for different angles denote that the carbidic specimens show higher erosion strength in all angels. Moreover, X-ray diffraction results from the surface of the carbidic specimens prior and after the erosion test demonstrated that there is 38 percent residual austenite on the surface of the carbidic specimens after the erosion test which provides evidence for the strain-induced transformation of austenite to martensite during erosion test. Micro-hardness tests on the surface of the carbidic specimens after the erosion test demonstrated an increase from 446 to 531 vickers due to the transformation. Moreover, as apparent from the SEM images, the dominant erosion mechanism is cutting and ploughing at low (30-60 degrees) and high angles (60-90 degrees) is crack and micro crack, respectively.

    Keywords: Erosion, Ductile iron, Carbidic austempered ductile iron, Austempering heat treatment
  • Fatemeh Baneshi*, Fakhreddin Ashrafizadeh, Mehdi Alizadeh Pages 25-50

    In this study, the mechanical properties and tribological behavior of galvanized and galvalume coatings produced by hot dip method have been evaluated and compared. In addition, due to the high application of these types of sheets at high temperatures, the effect of long-term thermal cycles on the properties of these sheets was studied. For this purpose, samples of carbon steel plate with galvanized coating and galvalume with the same thickness were prepared. Then, structural and surface morphology was studied by scanning electron microscope and Elemental analysis, phase composition and crystalline texture were determined by X-ray diffraction. The mechanical properties of the coatings were evaluated by using Vickers hardness test and tensile test. The tribological properties of the coatings were investigated by pins on the disk test. Laboratory findings showed that overall the strength of galvanized sheet are greater than the Galvalume sheet, while it has a relatively less long elongation. while Galvalume has a weaker abrasive behavior than galvanized. In the case of galvanized sheet heat up to 300 ° C, the iron penetration from the steel substrate to the surface of the coating occurs and it forms brittle intermetallic phases that have a negative effect on the galvanized abrasion behavior. In other side, oxide layers also form on the surface of the coating and due to a better abrasive behavior. By heating the galvalume sheet at temperatures up to 400 ° C, the surface of the cover is dark, and bulges appear on it which indicates the formation of intermetallic phases and the presence of oxide on the surface of the coating. According to the results of this research in applications that friction coefficient is important, it is not recommended to heat galvanized and galvalume coatings at temperatures, respectively, above 300 ° C and 400° C.

    Keywords: galvanized, Galvalume, thermal cycles, mechanical properties, tribological properties
  • Marzieh Abbasi Firouzjah*, Babak Shokri Pages 51-64

    In this study, a fluorinated silicate film was produced by plasma polymerization using a radio frequency plasma system. In order to reduce the refractive index of the films, structured porosity was created in the film. The amount of impurities, optical absorption coefficient, surface roughness, the leakage current density and the threshold of the breakdown field were investigated. To investigate the effect of plasma polymerization process, fluoride gas type and working pressure, as well as placing the base for substrates were tested. The chemical bonding states of the films and the morphology of the films surface were investigated using the infrared Fourier transform spectrometer and atomic force microscope, respectively. In addition, the study of refractive index and absorption coefficient were also performed by spectroscopic ellipsometry. The results showed that the high purity fluorinated silicate film having structured porosity has ultra-low refractive index and the extinction coefficient lower than 10-4 , and increasing the pressure as well as placing the stand for silicon substrates causes to increase organic impurities, especially carbon bonds, thereby eliminating the structured porosity, which in total led to increase the refractive index (1.37 and 1.39) and the extinction coefficient (0.004 and 0.0005) of the films.

    Keywords: fluorinated silicate film, Plasma polymerization, PECVD, structured porosity, refractive index
  • Pejman Rezaei Taleghani, Ziya Valefi, Naser Ehsani Pages 65-84

    In this study, at first a precursor precipitate of La2(Zr0.7Ce0.3)2O7 was prepared by using ZrOCl2.8H2O, Ce(NO3)3.6H2O and La2O3 initial materials. The calcination process of this precipitate was performed at 400 -900 . The Phase constituents, particle size, and morphology of the calcined powders were investigated. The calcined precipitate agglomerates at 600 and 900 were used to apply by plasma spraying on the AMDRY 962 and METCO 204NS-G coated Hastelloy X substrates. The cyclic oxidation test at 1000 was done for two double ceramic layer coatings applied by agglomerates 600 and 900 and the conventional YSZ coating. According to the results of diffraction patterns and microstructural observations, the nanoparticles containing the main phases of LZ (lanthanum zirconate with low solubility of cerium cation) and LC (solid solution of cerium lanthanum zirconate) formed only in the La2(Zr0.7Ce0.3)2O7 precursor precipitate calcined at 900 because of relatively high calcination temperature. However, both double ceramic layer coatings were composed of LZ and LC phases, and theses coatings were as nano-TBCs with vertical cracks. The coating applied by agglomerates 600 had relatively less compaction compared to the coating applied by agglomerates 900 . The results of the cyclic oxidation test showed that only the coating applied by agglomerates 600 had a desirable performance. Proper microstructural compaction and the presence of vertical cracks in this coating caused this performance. Morphology of the Layers of this coating remained sound after 924 thermal cycles. While propagating crack was formed around the TGO/YSZ interface in the conventional YSZ coating after cyclic oxidation test.

    Keywords: Vertical cracks, Cerium lanthanum zirconate, LZ + LC, Nanostructured DCL coating, Cyclic oxidation