فهرست مطالب

فصلنامه علوم و مهندسی سطح ایران
پیاپی 55 (بهار 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/07/09
  • تعداد عناوین: 6
|
  • سید محمدعادل عقیلی، رضا بازرگان لاری*، راحله معمارزاده، اکبر اسحاقی صفحات 1-7

    در این مطالعه، اثرات لایه های نازک کربن شبه الماسی آلاییده شده با فلویور (F-DLC) بر بهبود مقاومت به خوردگی بستره های کبالت- کروم- مولیبدن بررسی شد. برای این منظور، رسوب کربن شبه الماسی آلاییده شده با فلویور روی بستر ه های کبالت- کروم- مولیبدن از طریق روش رسوب شیمیایی بخار تقویت شده به وسیله پلاسما با منبع فرکانس رادیویی انجام پذیرفت. از گازهای متان، آرگون و گاز CF4 برای پوشش دهی لایه های نازک کربن شبه الماسی آلاییده شده با فلویور استفاده گردید. از لایه میانی TiN جهت بهبود چسبندگی لایه های کربن شبه الماسی آلاییده شده با فلویور روی بستره کبالت- کروم- مولیبدن استفاده شد. پارامترهای خوردگی نمونه ها با استفاده از آزمون های پلاریزاسیون و امپدانس الکتروشیمیایی تعیین شد. اندازه گیری های الکتروشیمیایی نشان داد که مقاومت به خوردگی بستره های کبالت- کروم- مولیبدن با اعمال پوشش های کربن شبه الماسی آلاییده شده با فلویور تا حد زیادی افزایش می یابد، به طوری که پتانسیل خوردگی از 396/0- ولت به 057/0- و جریان خوردگی از 6-10 × 55/5 به 7-10× 288/1 میکرو آمپر کاهش پیدا کرد. طیف سنجی رامان، به عنوان یک روش غیرمخرب برای توصیف مواد مبتنی بر کربن، برای توصیف ساختاری فیلم های DLC و F-DLC استفاده گردید. نتایج غلظت بالاتر پیوند sp2 و ساختار گرافیتی بیشتری را در فیلم هایF-DLC نشان داد که می تواند منجر به استرس ذاتی کمتر در این فیلم ها در مقایسه با پوشش های DLC شود.

    کلیدواژگان: خوردگی، کربن شبه الماسی، RFPECVD، آلیاژ کبالت-کروم-مولیبدن
  • رویا پلمه، صادق پورعلی*، رضا توانگر، سید سینا حجازی صفحات 8-20

    در بررسی حاضر، ساختار سطحی و رفتار خوردگی آلیاژ مونل 400 پس از فرآیند میکروساچمه پاشی پرانرژی به صورت مقایسه ای با همتای آنیل انحلالی شده آن مورد مقایسه قرار می گیرد. برای نیل به هدف این بررسی، آزمون های سنجش میکروسختی و زبری، پراش پرتو ایکس سطحی (GI-XRD)، میکروسکوپی الکترونی روبشی گسیل میدانی (FE-SEM) و میکروسکوپی الکترونی عبوری (TEM) جهت مشخصه یابی لایه های سطحی در نمونه های میکروساچمه پاشی شده و آنیل انحلالی شده به کار گرفته شدند. بر اساس نتایج حاصله، فرآیند یاد شده باعث کاهش اندازه دانه سطحی از گستره حدود µm 4±30 تا nm 5±76 و افزایش چگالی ساختارهای نابجایی در سطح می شود. افزون بر این، آزمون های خوردگی الکتروشیمیایی در محیط HCl جهت مقایسه رفتار خوردگی سطوح آنیل و میکروساچمه پاشی شده نیز به کار گرفته شدند. بر اساس نتایج حاصل از آزمون پلاریزاسیون پتانسیودینامیک چرخه-ای، نمونه میکروساچمه پاشی شده در مقایسه با نمونه آنیل شده، چگالی جریان خوردگی اولیه بالاتری به بهای چگالی جریان رویینگی کمتر از خود نشان می دهد. پتانسیل رویینگی مجدد برای نمونه میکروساچمه پاشی شده حدود mV 150+ بالاتر از نمونه آنیل انحلالی بود که گواهی بر مقاومت بالاتر این نمونه در برابر خوردگی موضعی است. بر اساس برازش داده های حاصل از آزمون طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی، مقاومت پلاریزاسیون فیلم رویین در نمونه میکروساچمه پاشی شده بیش از دو برابر این مقدار برای نمونه آنیل انحلالی است.

    کلیدواژگان: آلیاژ مونل 400، فرآیند میکروساچمه پاشی پرانرژی، مشخصه یابی سطح، رفتار خوردگی
  • خدیجه فرهادیان، مجید عباسی*، مرضیه عباسی فیروزجاه، مجتبی هاشم زاده صفحات 21-32

    اثر توان ‏RF‏ بر خواص ساختاری، الکتریکی و اپتیکی لایه های نازک کوپریک اکساید (‏CuO‏) مورد بررسی قرار گرفت. لایه ها با استفاده از سامانه ‏کندوپاش مغناطیسی در فرکانس رادیویی پوشش دهی شدند و اثر توان اعمالی بر خواص لایه مورد مطالعه قرا رگرفت. به منظور بررسی خواص ‏ساختاری و مورفولوژی سطح و ترکیب شیمیایی لایه ها به ترتیب از آزمون پراش پرتو ایکس، آزمون طیف سنجی پراش انرژی پرتو ایکس و ‏میکروسکوپ الکترونی روبشی استفاده شد. همچنین از آنالیز همزمان‎ ‎طیف سنجی نشری نوری (‏OES‏) برای نظارت بر پلاسما در حین فرآیند ‏لایه نشانی استفاده شده است. نتایج نشان داد یونیزاسیون در حجم پلاسما در حدی بود که اتم های مس در هر سه توان اعمالی برانگیخته و حتی ‏یونیزه نیز شدند. همچنین با افزایش توان، یونیزاسیون تقویت شده و در نتیجه فرآیند کندوپاش و واکنش های اکسیداسیون نیز تقویت شدند. در ‏نتیجه آهنگ انباشت لایه و غلظت اکسیژن در ترکیب لایه ها افزایش یافته است. نتایج آنالیز الکتریکی اثر هال نشان داد که لایه های نازک ‏CuO‏ رشد ‏یافته نیم رسانای نوع ‏p‏ بودند. بررسی افزایش توان ‏RF‏ از 25 تا 100 وات نشان داد،‎ ‎گاف نواری مستقیم لایه ها از 22/2 به ‏eV‏ 17/2 و مقاومت ویژه ‏از ‏kΩ.cm‏ 93/2 به ‏Ω.cm‏ 8/14 کاهش یافته است.‏

    کلیدواژگان: کوپریک اکساید، کندوپاش واکنشی، OES، گاف نواری، مقاومت ویژه
  • مریم مولایی، آرش فتاح الحسینی*، مهشاد جاویدمقدم صفحات 33-45

    هدف از این پژوهش، بررسی رفتار الکتروشیمیایی و ضدباکتریایی پوشش کلسیم-فسفاتی تشکیل‏شده به روش اکسیداسیون الکترولیتی پلاسمایی (PEO) با استفاده از الکترولیت حاوی نمک‏های Na3PO4.12H2O، KOH و Ca3(PO4)2 روی تیتانیم خالص است. به این منظور، ساختار سطح پوشش به وسیله تصاویر میکروسکوپی الکترونی روبشی و ساختار شیمیایی آن توسط آنالیز طیف‏سنجی رامان ارزیابی شد. رفتار الکتروشیمیایی پوشش در محلول شبیه‏ساز بدن (SBF) و با استفاده از آزمون‏های طیف‏سنجی امپدانس الکتروشیمیایی و پلاریزاسیون پتانسیودینامیک مطالعه شد. رفتار ضدباکتریایی پوشش‏های PEO تحت دو شرایط بدون تابش و تحت تابش پرتو فرابنفش و در مقابل باکتری گرم-مثبت استافیلوکوکوس اوریوس سنجیده شد. نتایج نشان داد که پوشش PEO تشکیل‏شده دارای ساختاری متخلخل و شامل فاز بلوری آناتاز بود. پس از 7 روز تماس نمونه‏ها با محلول SBF، مقدار مقاومت پلاریزاسیون (Rp) زیرلایه تیتانیم خالص و پوشش PEO به ترتیب 097/0 و 263/0 مگااهم در سانتی‏مترمربع به دست آمد. بنابراین، با اصلاح سطح تیتانیم خالص به کمک فرایند پوشش‏دهی PEO، مقاومت به خوردگی آن در حدود 7/2 برابر افزایش پیدا کرد. پس از قرار دادن پوشش‏های PEO در معرض تابش پرتو فرابنفش، رفتار ضدباکتریایی آن‏ها به دلیل تولید گونه‏ های اکسیژن فعال (ROS) توسط پوشش‏ها و در نتیجه آسیب به Deoxyribonucleic acid (DNA)، پروتیین‏ها و دیگر اجزای درون‏سلولی و در نهایت مرگ باکتری‏‏ها، بهبود یافت.

    کلیدواژگان: اکسیداسیون الکترولیتی پلاسمایی، پوشش، تیتانیم، خوردگی، ضدباکتریایی
  • مهدی غلامپور، فریدالدین صدیقی*، محمد نیکوصفت، حسن توکلی، مهدی بخش زاد محمودی، علی نصیری صفحات 46-59

    در این پژوهش تغییرات ایجادشده در سطح آلیاژ St37 که تحت تابش دو رژیم متفاوت پلاسما واقع شده ‏است، مورد بررسی و مقایسه قرار گرفت. در ابتدا با استفاده از دستگاه پلاسمای کانونی برهم‏کنش یون‏‎های پرانرژی نیتروژن که به‏ صورت پالسی در مقیاس زمانی نانوثانیه با نمونه‏ های فولاد St37 برخورد می‏کنند، مورد مطالعه قرار گرفت و در ادامه به بررسی تاثیر بر‏هم‏کنش پلاسمای تخلیه درخشان با نمونه ‏های مورد نظر پرداخته شد. با استفاده از روش‏های SEM، EDS و XRD تغییرات ایجادشده بر سطح نمونه مورد مطالعه قرار گرفت. تصاویر ثبت‏ شده توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی نشان داد که حباب‏های متراکم و بسیارریزی (در حدود 100 نانومتر) توسط چشمه پلاسمای پالسی در سطح نمونه به‏ وجود آمده است. این در حالی است که پلاسمای تخلیه درخشان سبب ایجاد تاول‏هایی با اندازه بین 0.5 تا 2 میکرومتر در سطح نمونه شد. نتایج آنالیز XRD نشان‏ دهنده واکنش شیمیایی یون‏های نیتروژن با آهن در رژیم پلاسمای تخلیه درخشان است. همچنین نتایج آزمون سختی‏ سنجی ویکرز نیز نشان داد که سختی نمونه‏ ها به ‏طور قابل‏ ملاحظه‏ ای افزایش یافته است.

    کلیدواژگان: برهم کنش پلاسما با ماده، نانوساختار، پلاسمای کانونی، رسوب بخار شیمیایی با کمک پلاسما، تخلیه درخشان
  • هدا اسعدی پور*، فخرالدین اشرفی زاده، مهدی علی زاده صفحات 60-71

    در این پژوهش، نانوپوشش شفاف گرافن چندلایه جهت محافظت مس در برابر اکسیداسیون در دمای پایین مورد استفاده قرارگرفت و نقش این پوشش بر حفظ درخشندگی و جلوگیری از تغییر رنگ مس ارزیابی شد. برای این منظور، پوشش گرافن چندلایه با استفاده از فرایند رسوب شیمیایی بخار (CVD) بر زیرلایه مس اعمال شد. پوشش گرافن چندلایه قبل و بعد از آزمون اکسیداسیون با استفاده ازآنالیز رامان، میکروسکوپ های نوری و الکترونی روبشی مشخصه یابی شد. علاوه بر این، تغییرات رنگ در فضای رنگ CIE-L*a*b* و درصد بازتاب در محدوده طیف مریی مطالعه شد. نتایج نشان داد که گرافن چندلایه شفاف ظاهر شفاف مس را پس ازاکسیداسیون حرارتی تا 4 ساعت در دمای °C 200 حفظ می کند. نتایج تحقیق حاضر نشان می دهد که پوشش گرافن چندلایه در محافظت از اکسیداسیون و درنتیجه حفظ رنگ مس موثر است. علاوه بر این، نتایج این پژوهش نشان داد که اکسیداسیون گرافن از عیوب و مرزهای دانه های گرافن گسترش می یابد.

    کلیدواژگان: مس، پوشش گرافن، اکسیداسیون، فضای رنگی Lab CIE
|
  • Pages 1-7

    In this study, the effects of F-doped diamond-like carbon (F-DLC) thin films on corrosion resistance of the cobalt-chromiummolybdenum (CoCrMo) alloy substrate were investigated. For this purpose, deposition of F-DLC thin film on CoCrMo substrates was carried out through radio frequency plasma-enhanced chemical vapor deposition (RF-PECVD) method. Methane, argon and CF4 gases were used to deposition of F-DLC thin film. TiN intermediate layer was used to improve the adhesion of F-DLC thin film on CoCrMo substrate. Corrosion behavior of the samples have been determined using electrochemical impedance and polarization tests. Electrochemical measurements indicated that the corrosion resistance of CoCrMo substrates increases to a great extent by deposition of F-DLC thin film, so that the corrosion potential and corrosion current decreased from -0.396 volt to -0.057volt and from 5.55×10-6 to 1.288×10-7 µA, respectively. Raman spectroscopy, as a nondestructive method to characterize carbon-based materials, was used for the structural characterization of DLC and F-DLC films. The results demonstrated that higher concentration of sp2 bonding and more graphitic structure in the F-DLC films, which could lead to lower intrinsic stress in these films, compared to those of the DLC coatings.

    Keywords: Corrosion, Diamond-like carbon, RFPECVD, Chromium-cobalt alloy
  • Pages 8-20

    In this study,the surface structure,corrosion behavior of Monel 400 alloy are  comparatively investigated after high energymicro-shot peening process with its solution-annealed counterpart. To the aim of this investigation, microhardness, roughness measurements ,grazing-incidence X-ray diffraction  (GI-XRD),field-emission scanning electron  microscopy (FE-SEM), and transmission electron microscopy (TEM) were employed  to characterize the surface layers of high energy micro-shot peened andsolution-annealed samples. Based on the results,the process decreases the surface grain size from 30±4 µm to 76±5 nm,andincreases the density of dislocation structures on the surface. Moreover,electrochemical corrosion tests were carried out in HClsolution to compare the corrosion behavior of solution-annealed,micro-shot peened surfaces. Based on the results of thecyclic potentiodynamic polarization test,the micro-shot peened sample shows a higher initial corrosion current density at theexpense of a lower passivity current density,as compared with the solution-annealed one. The repassivation potential for themicro-shot peened sample is about +150 mV higher than the solution-annealed sample,which is a proof of the higher resistanceof this sample against localized corrosion. Based on the fitting of the data obtained from the electrochemical impedancespectroscopy,the polarization resistance of the passive film in the micro-shot peened sample is more than twice of this one forthe solution-annealed sample.

    Keywords: Monel 400 alloy, high energy micro-shot peening process, surface characterization, corrosion behavior
  • Pages 21-32

    Effect of RF power on the structural, electrical and optical properties of cupric oxide (CuO) thin films was investigated. The films were deposited using a magnetron sputtering system powered by radio frequency source. The effect of applied power on the properties of the films was studied. X-ray diffraction analysis (XRD), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) and scanning electron microscope (SEM) were used in order to study the structural properties and surface morphology and chemical composition of the deposited films, respectively. Simultaneous optical emission spectroscopy (OES) analysis has also been used to monitor the plasma during the deposition process. The results showed that the ionization in the plasma volume was to the extent that copper atoms were excited and even ionized in all three powers. Moreover, as the power increases, ionization was enhanced which resulted in enhancement of both the sputtering process and oxidation reactions. As a result, the deposition rate and the concentration of oxygen in the composition of the films were increased. The results of the Hall effect electrical analysis showed that the grown CuO thin films were p-type semiconductors. The investigation of increasing RF power from 25 to 100 W showed that the direct band gap of the films decreased from 2.22 to 2.17 eV and resistivity was also reduced from 2.93 kΩ.cm to 14.8 Ω.cm.

    Keywords: cupric oxide, reactive sputtering, OES, band gap, resistivity
  • Pages 33-45

    The purpose of this research is to investigate the electrochemical and antibacterial behavior of calcium-phosphate coating formed by the plasma electrolytic oxidation (PEO) method using an electrolyte containing Na3PO4.12H2O, KOH, and Ca3(PO4)2 salts on pure titanium. For this purpose, the surface structure of the coating was evaluated by scanning electron microscopic images and its chemical composition by Raman spectroscopic analysis. The electrochemical behavior of the coating was studied in simulating body fluid (SBF) using electrochemical impedance spectroscopy and potentiodynamic polarization tests. The antibacterial behavior of PEO coatings was evaluated under two conditions without irradiation and under ultraviolet radiation and against gram-positive Staphylococcus aureus bacteria. The results showed that the formed PEO coating had a porous structure and included the anatase crystalline phase. After 7 days of exposure of the samples to SBF solution, the values of polarization resistance (Rp) of pure titanium substrate and PEO coating were 0.097 and 0.263 MΩ.cm2 , respectively. Therefore, by modifying the surface of pure titanium with the help of the PEO coating process, its corrosion resistance increased by about 2.7 times. After exposing the PEO coatings to ultraviolet radiation, their antibacterial behavior was improved due to the production of reactive oxygen species (ROS) by the coatings and as a result damage to Deoxyribonucleic acid (DNA), proteins, and other intracellular components and finally the death of bacteria.

    Keywords: Plasma Electrolytic Oxidation, Coating, Titanium, Corrosion, Antibacterial
  • Pages 46-59

    The surface modification of St37 steel irradiated with two different plasma regimes was investigated and compared. At first, using a plasma focus device, the interaction of high-energy nitrogen ions, colliding with the specimen in a pulsed manner (in nanosecond time scale) was studied. Then, the interaction of nitrogen ions with the specimens in the glow discharge plasma regime was investigated. Using SEM, EDS and XRD Analyses the morphology changes of the samples were studied. The SEM images show that small, dense and abundant bubbles (about 100 nm) were created by the pulsed plasma source on the surface of the specimens. On the other hand, the glow discharge plasma has created blisters with a size between 0.5-2 micrometers on the surface of the samples. The XRD results indicate the chemical reaction of nitrogen ions with iron in the glow discharge plasma regime. Also, the Vickers hardness test results illustrated that the hardness of the samples increased significantly.

    Keywords: Plasma Material Interaction, Nanostructure, Plasma Focus Device, Plasma Enhanced Chemical VaporDeposition, Glow Discharge Plasma
  • Pages 60-71

    In this research, transparent multi-layer graphene nanocoating was used to protect copper against oxidation at low temperature and the role of this coating on maintaining brightness and preventing copper color change was evaluated. For this purpose, multilayer graphene coatings were applied on copper substrate using chemical vapor deposition (CVD). The multilayer graphene coating before and after the oxidation test was characterized using Raman analysis, optical and scanning electron microscopes. In addition, the color changes in the CIE-L*a*b* color space and the reflectance percentage in the range of the visible spectrum were studied. The results showed that the transparent multilayer graphene coating can maintain the appearance properties of copper after thermal oxidation for up to 4 hours. The results of the present research show that the multilayer graphene coating is effective in protecting the oxidation and as a result maintaining the color of copper. In addition, the results of this research showed that graphene oxidation starts and spreads from the defects and graphene grains boundaries.

    Keywords: Copper, Graphene, Nanocoating, Oxidation, CIE Lab color space