فهرست مطالب

علوم و مهندسی سطح ایران - پیاپی 56 (تابستان 1402)

فصلنامه علوم و مهندسی سطح ایران
پیاپی 56 (تابستان 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/09/29
  • تعداد عناوین: 6
|
  • مرضیه عباسی فیروزجاه* صفحات 1-10

    خواص اپتیکی لایه های نازک اکسی نیترید سیلیکون (SiON) مورد بررسی قرار گرفته است. لایه های SiON به روش رسوب گذاری شیمیایی بخار پلاسمایی روی زیرلایه های شیشه و سیلیسوم رشد داده شدند. برای تولید پلاسما از منبع تغذیه فرکانس رادیویی با کوپل خازنی استفاده شده است. همچنین از ماده آلی سیلیکاتی تترااتیل اورتوسیلیکات (TEOS)، اکسیژن و نیتروژن به ترتیب برای منبع سیلیسیوم، گاز اکسیدکننده و منبع نیتروژن استفاده شده است. مکانیزم رشد و تغییرات ضریب شکست و همچنین تغییرات جذب اپتیکی لایه ها مورد مطالعه قرار گرفته است. از نتایج می توان فهمید که گونه های فعال نیروژن اتمی و یونی تولید شده در حجم پلاسما مشابه ذرات اکسیژنی در مکانیزم اکسیداسیون عمل کرده و باعث تجزیه مولکول های TEOS می شوند. از این رو افزایش شار نیتروژن در ترکیب گازی پلاسما موجب کاهش ناخالصی های آلی ناشی از مونومرهای TEOS می گردند. زبری لایه ها کمتر از nm 0.2 اندازه گیری شدند. همچنین، نتایج بررسی نشان داد که با افزودن گاز نیتروژن در ترکیب گازی پلاسما می توان بدون تغییر قابل توجهی در شفافیت لایه های اکسید سیلیسیوم ضریب شکست آن ها را افزایش داد. در نهایت با افزایش شار نیتروژن از 0 تا sccm 80 ضریب شکست لایه ها از 1.446 تا 1.464 افزایش یافت در حالی که میزان جذب اپتیکی لایه ها در همه موارد کمتر از 1 اندازه گیری شد.

    کلیدواژگان: رسوب گذاری شیمیایی بخار پلاسمایی، SiON، ضریب شکست، شفافیت، AFM
  • سید وحید میرابوطالبی*، کوروش شیروانی، علی کفلو، محمد فرویزی صفحات 11-21

    در این مقاله ویژگی های ریزساختاری پوشش های سیلیسیم-آلومیناید با و بدون کروم اعمال شده بر روی زیرلایه از جنس سوپرآلیاژ پایه نیکل Rene-80 ارایه و مورد تحلیل قرار گرفته است. برای اضافه کردن کروم به پوشش آلومینایدی از راهکار غنی سازی لایه سطحی آلیاژ با کروم به دو روش (1) آبکاری کروم و (2) کرومایزینگ پودری استفاده شده است. البته عملیات آنیل نفوذی لایه کروم آبکاری شده نیز با هدف عمیق تر شدن لایه غنی از کروم از طریق نفوذ حرارتی انجام شد. برای مشخصه یابی پوشش ها مشتمل بر کمیت و کیفیت لایه های پوشش، شناخت ویژگی های ریزساختاری و ترکیب عنصری و فازی روش های SEM، EDS و XRD استفاده شد. بررسی ها نشان داد که اضافه شدن کروم به پوشش سیلیسیم-آلومیناید باعث تمرکز کروم در بخش فوقانی به صورت رسوبات سیلیساید کروم می شود. رسوب سیلیسیم در بخش فوقانی پوشش های آلومینایدی به صورت رسوبات عناصر دیرگداز می باشد که رسوب سیلیسایدکروم بیشتر از بقیه رسوبات تشکیل می شود. برای تامین مقاومت به خوردگی داغ حداقل 8 درصد وزنی کروم و 13-10 درصد وزنی سیلیسیم در لایه فوقانی پوشش الزامی است. میزان عناصر کروم و سیلیسیم در بخش فوقانی هر دو پوشش CrSiAl-P و CrSiAl-E نسبتا مشابه و به ترتیب در محدوده های 14-12 و 14-13 درصد وزنی بود. البته مشاهدات حاکی از این بود که کروم اضافه شده در هر دو نوع پوشش در تشکیل رسوبات غنی از کروم آنهم بیشتر در نواحی پایینی پوشش مشارکت می کند.

    کلیدواژگان: پوشش آلومینایدی، کرومایزینگ، سیلیسیم، آبکاری، سوپرآلیاژ Rene-80
  • شاهین خامنه اصل*، ویدا غیور صفحات 22-34

    چکیدهدر این پژوهش به بهینه سازی و مطالعات خوردگی پوشش های آبکاری رودیم پرداخته شده است. ابتدا پوششی از رودیم روی زیرلایه سوپرآلیاژ اینکونل 600 در مدت زمان های 2، 5، 10، 20 و 50 دقیقه، از طریق فرایند آبکاری از محلول پایه سولفاتی اعمال شد. با استفاده از تصاویر میکروسکوپی الکترونی روبشی (SEM) و طیف سنجی انرژی اشعه ایکس (EDS) به بررسی ضخامت، مورفولوژی و آنالیز عنصری پوشش های سطح پرداخته شد و تاثیر زمان آبکاری رودیم روی ضخامت و زبری سطح پوشش مورد بررسی قرار گرفت. در نهایت با استفاده از آزمون های الکتروشیمیایی به ترتیب پتانسیل مدار باز (ocp)، طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی (EIS) و پلاریزاسیون تافلی مقاومت به خوردگی پوشش های رودیم در محلول wt%NaCl5/3 مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج حاصل از مطالعاتSEM و زبری سنجی در مقایسه با نتایج الکتروشیمیایی پوشش رودیم نشان دادند که پوشش رودیم آبکاری شده در زمان 10 دقیقه از بیشترین مقاومت به خوردگی الکتروشیمیایی برخوردار بوده که مقدار ضخامت پوشش 27/1 میکرومتر تشکیل شد و مقدار جریان خوردگی25/6 نانوآمپر بر سانتی متر مربع و پتانسل خوردگی 193 میلی ولت تعیین شد. تغییرات مقدار زبری سطح نمونه ها، با نتایج حاصل از برازش مدار معادل شبیه سازی شده برای ظرفیت خازنی لایه دوگانه (CPE-P) آزمون امپدانس الکتروشیمیایی پوشش ها مطابقت داشت.

    کلیدواژگان: رودیم، آبکاری الکتریکی، خوردگی الکتروشیمیایی، زبری
  • محمدحسین صفری، علی دهقانی، صالح اکبر زاده* صفحات 35-47

    هدف از انجام تحقیق حاضر، بررسی سایش در تماس سطوح دو چرخدنده ساده با یکدیگر تحت رژیم روانکاری مخلوط با استفاده از روش تقسیم بار و کاهش سایش با استفاده از پوشش دهی سطح دندانه ها است. با در نظر گرفتن پوشش در مسیله و در نظر گرفتن خواص هندسی و جنس آن، پارامترهای مدل سازی مثل شعاع انحنای معادل، مدول الاستیسیته معادل، زبری معادل و سختی استوانه ها تغییر می کنند که منجر به تغییر پارامترهای بی بعد مسیله می شود و در نتیجه مقادیر اصطکاک و سایش نیز تغییر می کنند. حال با توجه به اینکه تماس سطوح دو چرخدنده را در یک دور گردش آن ها می توان به صورت تماس تعداد زیادی استوانه مدل کرد، مسیله تماس خطی استوانه ها به تماس سطوح دو چرخدنده در یک دور گردش آن ها تعمیم داده می شود. این مدلسازی با استفاده از یک پوشش دلخواه و مناسب مثل DLC بر روی سطوح چرخدنده ها پوشش داده می شود. یکی از پارامترهای مهمی که بدست آمد ضخامت بحرانی پوشش یا حداقل ضخامت پوشش است. بر اساس نتایج بدست آمده که اگر ضخامت پوشش انتخاب شده از ضخامت بحرانی کمتر باشد بهبودی در نرخ سایش اتفاق نمی افتد. همچنین نتیجه شد که جنس پوشش انتخابی نیز بایستی دارای سختی مناسبی باشد تا بتواند به اندازه کافی نرخ سایش را کاهش دهد.

    کلیدواژگان: پوشش دهی، روش تقسیم بار، ضریب اصطکاک، تماس خطی، رژیم روانکاری مخلوط
  • علیرضا محبی، نیما راسخ صالح، نسیم نایب پاشایی* صفحات 48-62

    یکی از مهمترین موضوعات در فرآیندهای ماشین کاری مصرف بهینه منابع اعم از ابزار ، خنک کننده ها ، زمان از طریق دستیابی به پارامتر های بهینه می باشد. همواره وجود اصطکاک بین ابزار و قطعات کار حین عملیات ماشین کاری سبب افزایش دما و تاثیر منفی بر پارامتر های ماشین کاری به خصوص عمر ابزار داشته است. فولاد 1045 یکی از فلزات سخت تراش صنعت می باشد و ماشین کاری آن توام با چالش هایی همچون صدمات به ابزار و کاهش عمر ابزار و زمان حاضر به کاری ابزار است و علاوه بر آن به علت مقاومت به سایش بالای خود یکی از پر کاربردترین فلزات در حوزه های مختلف صنعتی است، افزایش عمر ابزار در ماشین کاری این فولاد اهمیت بسزایی دارد. در این پژوهش، با اعمال تغییر در زوایای براده و آزاد ابزار فولاد تند بر در فرآیند تراشکاری فولاد 1045، تاثیر پارامترهای مذکور بر میزان سایش ابزار در سرعت های برشی 30 و 40 متر بر دقیقه در دو سرعت پیشروی 05/0 و 2/0 میلیمتر بر هر دور بررسی شد. نتایج حاصل نشان می دهد که به صورت میانگین زاویه آزاد 9 درجه و زاویه براده 15 درجه به علت برخورداری از زاویه گوه مناسب تر در حفظ استحکام لبه برنده ابزار و زاویه براده مناسب در دور کردن سریع تر براده ها از سطح کار سبب کاهش میزان سایش ابزار می گردد.

    کلیدواژگان: ماشینکاری، فولاد تندبر، سایش ابزار، عمر ابزار، زوایای ابزار
  • میلاد بهامیریان*، محسن نوری خضراباد، محمدابراهیم پاینده صفحات 63-76

    پیش بینی عمر تخریب پوشش های سد حرارتی بعنوان یکی از چالش های مهم در قطعات بخش داغ توربین های گازی مطرح است. در این مطالعه به بررسی تنش های موثر در تعیین عمر پوشش های سد حرارتی نسل جدید تک لایه Gd2Zr2O7 (GdZO) و دو لایه ZrO2-8Y2O3 (YSZ) / GdZO پرداخته شده است. برای این منظور پوشش های سد حرارتی تک لایه GdZO و دو لایه YSZ / GdZO روی IN738LC / CoNiCrAlY به روش پاشش پلاسمای اتمسفری اعمال شدند. سپس رفتار اکسیداسیون سیکلی آن ها در دمای °C1100 با سیکل های 4 ساعته مورد بررسی قرار گرفت. بررسی های ریزساختاری پوشش های سد حرارتی (قبل و بعد از اکسیداسیون) توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی انجام شد. علاوه بر این رفتار مکانیکی پوشش های سد حرارتی توسط آزمون نانو فرورونده بررسی و سپس تغییرات نرخ آزاد سازی انرژی ناشی از رشد ترک در پوشش های سد حرارتی حین سیکل های اکسیداسیون محاسبه شد. نتایج نشان داد که تغییرات نرخ آزاد سازی انرژی رشد ترک پوشش سد حرارتی دو لایه YSZ / GdZO نسبت به پوشش سد حرارتی تک لایه GdZO کمتر و در نتیجه عملکرد دما بالای بهتری دارد. بکارگیری یک لایه YSZ مابین دو لایه میانی و بالایی منجر به بهبود خواص مکانیکی پوشش های سد حرارتی نسل جدید شده و با افزایش مقاومت به اکسیداسیون سبب افزایش طول عمر آن ها می شود.

    کلیدواژگان: پوشش های سد حرارتی، Gd2Zr2O7، اکسیداسیون سیکلی دما بالا، آزمون نانو فرورفتگی، تنش
|
  • Marziye Abbasi firoozjah * Pages 1-10

    The optical properties of silicon oxynitride thin films (SiON) have been investigated. SiON films were grown on glass and silicon substrates by plasma enhanced chemical vapor deposition. A radio frequency power source with a capacitor coupler is used to produce plasma. Moreover, tetraethyl-orthosilicate (TEOS), oxygen, and nitrogen have been used as silicon source, oxidizing gas, and nitrogen source, respectively. Growth mechanism and the variation of the refractive index as well as the variation of the optical absorption of the films have been studied. From the results, it can be understood that the atomic and ionic active nitrogen species produced in the plasma volume act similar to oxygen species in the oxidation mechanism and cause the decomposition of TEOS molecules. Therefore, the increase of nitrogen flux in the plasma gas mixture results in the reduction of organic impurities caused by TEOS monomers. The roughness of the films was measured below 0.2 nm. The results also showed that by adding nitrogen gas in the plasma gas mixture, it is possible to increase the refractive index of the silicon oxide films without significant change in their transparency. Finally, with the increase of nitrogen flux from 0 to 80 sccm, the refractive index of the films increased from 1.446 to 1.464, while the optical absorption was measured to be less than 1 in all cases.

    Keywords: Plasma Enhanced chemical vapor deposition, SiON, refractive index, AFM
  • seyed Vahid MirAbotaleb *, Korosh Shirvani, Ali Kaflo Pages 11-21

    In this article, the microstructural characteristics of silicon-aluminide coatings with and without chromium applied on the Rene-80 nickel base superalloy substrate are presented and analyzed. To add chromium to the aluminide coating, enriching the surface layer of the alloy with chromium was carried out in two ways: (1) chrome plating and (2) pack cementation chromizing. Besides, the diffusion annealing of the plated chromium layer was also carried out with the aim of increasing the depth of the chromium-rich layer. SEM, EDS and XRD methods were used to characterize the coatings, including the quantity and quality of the coating layers, microstructural characteristics and elemental and phase composition. Investigations showed that the addition of chromium to the silicon-aluminide coating causes the presence of chromium in the upper part in the form of chromium silicide precipitates. The silicon precipitates in the upper part of the aluminide coatings is in the form of deposits of refractory elements, and the silicide chrome precipitates is formed more than other precipitates. In order to provide resistance to hot corrosion, at least 8% by weight of chromium and 10-13% by weight of silicon are required in the upper layer of the coating. The amount of chromium and silicon elements in the upper part of both CrSiAl-P and CrSiAl-E coatings was relatively similar and in the range of 12-14 and 13-14% by weight, respectively. Of course, the observations indicated that added chromium in both types of coating contributes to the formation of chromium-rich deposits, but more in the lower areas of the coating.

    Keywords: aluminide coating, chromizing, silicon, electroplating, Rene-80 superalloy
  • Shahin Khameneh Asl *, Vida Ghayour Pages 22-34

    this research focused on investigating the optimization and corrosion studies of rhodium plating coatings. Firstly, a rhodium coating was applied to the Inconel 600 super alloy substrate for 2, 5, 10, 20 and 50 minutes, using the electroplating process of sulfate solution. Using scanning electron microscope (SEM) and X-ray energy spectroscopy (EDS) images, the thickness, morphology and elemental analysis of the surface coatings were investigated and effect of rhodium plating time on the thickness and surface roughness of the coating was investigated. Finally, the corrosion resistance of rhodium coatings in 3.5%wt NaCl solution was evaluated using electrochemical tests: open circuit potential (OCP), electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and tafel polarization, respectively. The results of SEM and roughness measurement studies in comparison results of rhodium coating showed that the electroplated rhodium coating had the highest resistance to electrochemical corrosion in 10 minutes, the thickness of the coating was 1.27μm and the corrosion current was 6.25nA/cm2 and the corrosion potential was determined to be 193mV vs SCE. the changes in the surface roughness were similar to the results of fitting the simulated electrical equivalent circuit for the double layer capacitance of the electrochemical impedance test.

    Keywords: Rhodium, Electroplating, Electrochemical corrosion, Roughness
  • Mohammad hossein Safari, Ali Dehghani, Saleh Akbarzadeh * Pages 35-47

    The purpose of the present research is to investigate the wear between two surfaces of coated spur gears under the mixed lubrication regime by employing the load sharing concept. By considering the coating in the problem and considering its geometric properties and material, the modeling parameters such as the equivalent radius of curvature, the equivalent elasticity modulus, the equivalent roughness and the hardness of the cylinders are changed, which leads to the change of the dimensionless parameters of the problem and as a result the values of friction and wear are calculated. Considering that the contact of the surfaces of two gears in one round of their rotation can be modeled as the contact of a large number of cylinders, the problem of linear contact of cylinders is extended to the contact of the surfaces of two gears in one round of their rotation. to be This modeling is covered by using a desired and appropriate coating such as DLC on the surfaces of the gears. One of the important parameters obtained is the critical coating thickness or minimum coating thickness. Based on the results obtained, if the selected coating thickness is less than the critical thickness, the wear rate does not improve. It was also concluded that the material of the selected coating should also have a suitable hardness in order to reduce the wear rate sufficiently.

    Keywords: coating, load-sharing, friction coefficient, line contact, Mixed lubrication
  • A.Mohebbi, N. Rasekh Saleh, N.Nayebpashaee * Pages 48-62

    One of the most important issues in machining processes is the optimal use of resources, including tools, coolants and time, by achieving optimal parameters. The presence of friction between tools and workpieces during machining has always led to a rise in temperature and a negative impact on machining parameters, especially on tool life.Steel 1045 is one of the most difficult metals to machine in industry, and its machining usually results in damage to the tool and a reduction in tool life and the time required for machining. In addition, its high wear resistance makes it one of the most commonly used metals in various industries. Increasing the tool life is very important when machining this steel. In this study, by changing the cutting and clearance angles of the highspeed steel tool when turning 1045 steel, the effect of the above parameters on the amount of tool wear at cutting speeds of 30 and 40 m/min at two feed rates of 0.05 and 0.2 millimeters per lap was examined. The innovations carried out in this research include the modifications made to the TN50 lathe in Tabriz and the transformation of the machine into a CNC machine, the use of highspeed steel tools in the machining of 1045 steel, and the use of the CNCMCO microscope. The results showed that, on average, the free angle of 9 degrees and the rake angle of 15 degrees reduce the tool wear due to a more suitable wedge angle to maintain the strength of the cutting edge of the tool and a suitable rake angle to remove the crisps from the working surface faster. will In addition, with the increase of the cutting speed and the feed rate, the tool life is reduced due to the increase of the temperature of the cutting edge of the tool, which can be understood by comparing the resulting data.

    Keywords: Machining, High speed steel, Tool wear, Tool life, Tool angles
  • Milad Bahamirian *, Mohsen Nouri-Khezrabad, Mohammad Ebrahim Payandeh Pages 63-76

    Prediction of the failure lifetime of thermal barrier coatings (TBCs) is usually considered as one of the important challenges in the hot section components of gas turbines. In this study, the effective stresses in determining the lifetime of new-generation single-layer Gd2Zr2O7 (GdZO) and dual-layer ZrO2-8Y2O3 (YSZ) / GdZO TBCs were investigated. For this purpose, singlelayer GdZO and dual-layer YSZ / GdZO TBCs were applied on IN738LC / CoNiCrAlY by atmospheric plasma spraying technique. Then, their cyclic oxidation behavior was studied at 1100°C with 4-h cycles. The morphologies of the TBCs (before and after oxidation) were investigated by field emission scanning electron microscopy. In addition, the mechanical behavior of the TBCs was examined by the Nanoindentation test. The variation in the energy release rate of the TBCs during oxidation cycles was calculated. The results showed that the changes in the energy release rate of dual-layer YSZ / GdZO TBC compared to single-layer GdZO TBC are less, and, therefore, have a better high-temperature performance. Applying an intermediate YSZ layer between the bond and top coats enhances the mechanical properties of new-generation TBCs and extends their lifetime by improving their resistance to high-temperature oxidation.

    Keywords: Thermal barrier coatings, Gd2Zr2O7, High-temperature cyclic oxidation, Nanoindentation test, Stress