فهرست مطالب

فصلنامه علوم و مهندسی سطح ایران
پیاپی 54 (زمستان 1401)

  • تاریخ انتشار: 1402/07/07
  • تعداد عناوین: 4
|
  • آرش فتاح الحسینی*، مریم سادات شریفیان، مینو کرباسی صفحات 1-12

    در تحقیق حاضر، پوشش متخلخل سلسله مراتبی دی اکسیدتیتانیوم/ تری اکسید تنگستن (TiO2 /WO3) با استفاده از هم افزایی روش های اکسیداسیون الکترولیتی پلاسمایی/ هیدروترمال روی سطح تیتانیوم خالص ایجاد شد. برای این منظور، ابتدا پوشش TiO2 توسط فرایند اکسیداسیون الکترولیتی پلاسمایی (PEO) در الکترولیت پایه فسفاتی روی زیرلایه تیتانیوم ایجاد، سپس ذرات WO3 توسط فرایند هیدروترمال روی پوشش TiO2 ایجاد گردید. تاثیر مدت زمان انجام فرایند هیدروترمال (12، 18 و 24 ساعت) بر رفتار فتوکاتالیستی پوشش ها مورد بررسی قرار گرفت. بررسی های فازی و ویژگی های ریزساختاری به ترتیب توسط آنالیز پراش اشعه ایکس و میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی انجام شد. تخریب فتوکاتالیستی متیلن بلو تحت نور مریی در حضور پوشش های TiO2 -WO3 و پوشش TiO2 با یکدیگر مقایسه شدند. پوشش TiO2 خالص ایجاد شده به روش PEO، تخریب 47 درصدی متیلن بلو را نشان داد، این در حالی است که، پوشش کامپوزیتی TiO2 -WO3 ایجاد شده به روش هم افزایی روش های اکسیداسیون الکترولیتی پلاسمایی/ هیدروترمال در مدت زمان 18 ساعت هیدوترمال با تخریب 83 درصدی متیلن بلو همراه بود، که می توان به حضور فاز WO3 و ریزساختار مناسب آن شامل تشکیل ساختار میله ای نسبت داد. در زمان 12 ساعت مورفولوژی شامل نانوذرات/نانومیله بود و افزایش زمان تا 18 ساعت منجر به تکامل مورفولوژی، افزایش اندازه ذرات و رشد نانو میله ها شد.

    کلیدواژگان: تیتانیوم خالص، تری اکسیدتنگستن، پوشش سلسله مراتبی، اکسیداسیون الکترولیتی پلاسمایی، رفتار فتوکاتالیستی
  • پژمان زمانی مقدم*، ضیاء والفی صفحات 13-28

    در این تحقیق، پودر خالص CoNiCrAlY و کامپوزیتی CoNiCrAlY-2, 4 wt%Al2O3 توسط فرایند HVOF روی زیرلایه هایی از جنس سوپر آلیاژ پایه نیکل IN738 پوشش دهی شدند. پودرهای کامپوزیتی با استفاده از روش محلولی برپایه آب و چسب پلی وینل الکل به منظور توزیع نانوذرات اکسید روی ذرات میکرونی CoNiCrAlY تولید شدند. آزمایش اکسیداسیون در دمای °C1050 و زمان های 50، 100، 150 و 200 ساعت در هوای ساکن روی پوشش ها انجام شد. ریزساختار و ترکیب فازی پوشش ها قبل و بعد از آزمایش اکسیداسیون توسط SEM و XRD بررسی شدند. نتایج نشان دادند که نانوذرات با توزیع نسبتا یکتواخت در اطراف پودرها و ریزساختار پوشش های متناظر حضور داشتند. میزان تخلخل و زبری سطح پوشش های خالص و کامپوزیتی (2 و 4 درصد وزنی) به ترتیب 6/0، 1 و 7/2 درصد حجمی و 4/4، 8/4 و 1/7 میکرومتر اندازه گیری شدند. پس از 200 ساعت آزمایش اکسیداسیون، ضخامت لایه اکسیدی برای پوشش های خالص و کامپوزیتی (2 و 4 درصد وزنی) به ترتیب 2/5، 3/4 و 9/5 میکرومتر اندازه گیری شد. پوشش CoNiCrAlY حاوی 2 درصد وزنی Al2O3 به دلیل ایجاد موانع نفوذ توسط نانوذرات بهترین مقاومت به اکسیداسیون را نشان داد. درحالیکه پوشش کامپوزیتی حاوی 4 درصد وزنی Al2O3 دارای کمترین مقاومت به اکسیداسیون بود که ناشی از مورفولوژی سطح زبر و وقوع اکسیداسیون داخلی در آن بود.

    کلیدواژگان: اکسید آلومینیوم، پوشش MCrAlY، HVOF، اکسیداسیون، ریزساختار
  • مینوش لعلی نیا، ناهید حسن زاده نعمتی*، مصطفی سلیمان نژاد صفحات 29-39

    با توجه به رشد تکنولوژی در علم بیومواد افزایش زیست سازگاری و کاهش عکس العمل های نامطلوب بدن، هدف اصلی پوشش دهی سطوح است. پلی اتراترکتون یک ترموپلاستیک نیمه بلورین است که خواص برجسته مکانیکی، شیمیایی و پایداری بالای حرارتی دارد و یک پلیمر با قابلیت کاربری در جایگزینی های استخوانی است. این پلیمر با ساختار متخلخل نیز مورد استفاده قرار می گیرد. زیست سازگاری اصلاح شده این پلیمر در حالت متخلخل با استفاده از پوشش تیتانیوم در این تحقیق مورد توجه قرار گرفته است. ابتدا نمونه های متخلخل پیک با استفاده از پیک خالص و نمک سدیم کلراید بعنوان فضاساز، با روش dry mixing و با به کار گیری روش SPS تهیه شدند. سپس لایه نازک فلز تیتانیوم روی زیرلایه پلی اتراترکتون با استفاده از روش پلاسما اسپری پوشش داده شد و تاثیر پوشش دهی روی عملکرد بیوپزشکی پلی اتراترکتون تعیین مشخصه و ارزیابی شد. مزایای اصلی پلاسما اسپری تیتانیوم ، زیرلایه بدون صدمه و پایداری خوب لایه روکش بود که با استفاده از SEM، XRD و آنالیز استحکام اتصال تایید شدند. تست های مکانیکی از نمونه متخلخل گرفته شد که نشان داد در نمونه تولید شده چگالی ، استحکام تسلیم فشاری ،وسختی به طور قابل توجهی بالا است.به منظور بررسی تشکیل آپاتیت بر روی نمونه های تهیه شده، زیست فعالی این نمونه ها با پوشش و بدون پوشش از طریق غوطه ور سازی آن ها در مایع شبیه-سازی شده بدن مورد بررسی قرار گرفت و این چنین استنباط شد که پلی اتراترکتون پوشش داده شده با تیتانیوم خاصیت بایواکتیویته دارند.

    کلیدواژگان: پلی اتراترکتون، متخلخل، پوشش تیتانیوم، پلاسما اسپری، پزشکی بازساختی
  • محمد گواهیان جهرمی*، سید رضا شجاع رضوی، حامد نادری سامانی، فرید کرمانی صفحات 40-47

    در تحقیق حاضر، ساخت افزایشی سوپرآلیاژ اینکونل 625 روی زیرلایه اینکونل 738 به صورت نمونه مکعبی به ابعاد cm22×2 با الگوی یک جهت انجام شد. هدف از ساخت این نمونه ارزیابی قطعه از نظر ریزساختار، خواص مکانیکی و بافت انجمادی بوده است. به منظور بررسی خواص ، از میکروسکپ الکترونی و نوری، پراش پرتوایکس و دستگاه پراش پرتوایکس مجهز به زاویه یاب استفاده شد. نتایج نشان داد انجماد دانه ها از حوضچه مذاب به سمت زیرلایه (جهت انتقال حرارت) است. تصاویر میکروسکپی الکترونی روبشی از ریزساختار نشان داد دندریت های ستونی در لایه های بالایی در نمونه بزرگ تر از دندریت های ستونی در نواحی میانی به همراه بازوی ثانویه هستند. بررسی تصاویر قطبی یک جزء بافت - Goss ({011} >100<) به اضافه یک مولفه مکعبی نسبتا ضعیف ({001} >100<) را نشان داد.(قرارگیری اکثر دانه ها در امتداد جهت >100<) همچنین استحکام نهایی، تسلیم و ازدیاد طول به ترتیب 990 ، 563 مگاپاسکال و 48 درصد برای جهت موازی با محور کشش به دست آمد.

    کلیدواژگان: انجماد جهت دار لیزری، ساخت افزایشی، سوپرآلیاژ اینکونل 625، بافت گوس، خواص مکانیکی
|
  • Pages 1-12

    In this study, a hierarchical coating of titanium dioxide/tungsten trioxide (TiO2/WO3) was created using the synergistic methods of plasma/hydrothermal electrolytic oxidation on the surface of pure titanium. For this purpose, TiO2 coating was first created by plasma electrolytic oxidation (PEO) process in phosphate-base electrolyte on titanium substrate. , then WO3 particles were created by hydrothermal process on TiO2 coating. The effect of the duration of the hydrothermal process (12, 18 and 24 hours) on the photocatalytic behavior of the coatings was investigated. Phase studies and microstructural characteristics were performed using X-ray diffraction (XRD) and field emission scanning electron microscope (FESEM). Photocatalytic degradation of methylene blue under visible light in the presence TiO2-WO3 coatings and TiO2 coating were compared. The pure TiO2 PEO coating showed about 47% degradation of methylene blue, while the optimal TiO2-WO3 composite coating, created by the combination of the plasma electrolytic oxidation /hydrothermal methods, resulted in 83% MB degradation. The highest photocatalytic activity of the TiO2-WO3 coating after hydrothermal for 18 h can be attributed to the presence of the visible-light-driven WO3 phase and its appropriate rod microstructure. After 12 h hydrothermal, the morphology of WO3 phase consisted of the nanoparticles and nanorods, while increasing the processing time up to 18 h led to the morphology development including the increase of nanoparticle size increment and growth of the nanorods.

    Keywords: Pure titanium, Tungsten trioxide, hierarchical coating, Plasma Electrolytic Oxidation, Photocatalytic behavior
  • Pejman Zamani Moghadam*, Zia Valefi Pages 13-28

    In this research, pure CoNiCrAlY and composite CoNiCrAlY-2, 4 wt% Al2O3 powders were deposited by the HVOF process on IN738 nickel-based superalloy substrates. Composite powders were produced using a water-based solution method and polyvinyl alcohol adhesive to distribute oxide nanoparticles on CoNiCrAlY microparticles. An oxidation test was performed on the coatings at 1050°C and 50, 100, 150, and 200 hours in the stationary air. The microstructure and phase composition of the coatings were investigated by SEM and XRD before and after the oxidation test. The results showed that nanoparticles are present with relatively uniform distribution around the powders and the microstructure of the corresponding coatings. Porosity and surface roughness of pure and composite coatings (2, 4 wt%) were measured as 0.6, 1, and 2.7 vol.% and 4.4, 4.8, and 7.1 µm, respectively. After 200 hours of oxidation test, the thickness of the oxide layer formed on pure and composite coatings (2, 4 wt%) was measured as 5.2, 4.3, and 5.9 micrometers, respectively. CoNiCrAlY coating containing 2 wt% of Al2O3 showed the best resistance to oxidation due to the creation of diffusion barriers by nanoparticles. In contrast, the composite coating containing 4 wt% of Al2O3 had the weakest resistance to oxidation, which was caused by the rough surface morphology and the occurrence of internal oxidation in it.

    Keywords: Aluminum Oxide, MCrAlY Coating, HVOF, Oxidation, Microstructure, Phase composition
  • Pages 29-39

    Considering the growth of technology in biomaterial science, the main goal of surface coating is to increase biocompatibility and reduce adverse reactions of the body. Polyetheretherketone is a semi-crystalline thermoplastic that has outstanding mechanical and chemical properties as well as high thermal stability, and is a polymer that can be used in bone replacements. This polymer is also used with a porous structure. The modified biocompatibility of this polymer in the porous state using titanium coating has been considered in this research. At first, the porous peek samples were prepared using pure peek and sodium chloride salt as spacer, by dry mixing method and using SPS method. Then, the thin layer of titanium metal was coated on the polyetheretherketon substrate using plasma spray method and the effect of coating on the biomedical performance of polyetheretherketone was determined and evaluated. The main advantages of plasma spray titanium were the undamaged substrate and good stability of the coating layer, which were confirmed by SEM, XRD and bond strength analysis. Also, mechanical tests were taken from the porous sample, which showed that the density, compressive strength, and hardness of the produced sample are significantly high. In order to investigate the formation of apatite on the prepared samples, the bioactivity of these coated and uncoated samples was investigated by immersing them in simulated body fluid and it was concluded that polyetheretherketone coated with titanium has bioactivity properties.

    Keywords: polyetheretherketone, porous, titanium coating, plasma spray, apatite formation, regenerative medicine
  • Mohammad Gavahian jahromi, Reza Shoja Razavi, Hamed Naderi Samani, Farid Kermani Pages 40-47

    In this research, additive manufacturing of IN625 on IN738 substrate was investigated by a cubic sample with dimensions of 2*2 cm2 with a unidirectional pattern. The purpose of manufacturing this sample; was to check the part microstructure, mechanical properties, and texture. To check the properties, electron and optical microscopes, and diffractometers equipped with goniometer were used. The results showed that the texture of grains is from the molten pool towards the substrate (in the direction of heat transfer). The SEM images showed that the columnar dendrites in the upper layers of the sample are larger than the columnar dendrites in the middle areas along with the secondary arm. Examination of the polfigure showed a Goss texture component ({011} >100) besides to a weak cubic component ({001} >100). The increase in length was 990, 563 MPa and 48% for the direction parallel to the tension axis.

    Keywords: laser directional solidification, Additive manufacturing, Inconel 625 superalloy, Goss texture, mechanicalproperties