فهرست مطالب

فصلنامه علوم و مهندسی سطح ایران
پیاپی 57 (پاییز 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/10/01
  • تعداد عناوین: 6
|
  • مسعود رفیعی*، عباس بهرامی، علی شفیعی صفحات 1-9

    در صنعت پتروشیمی و در فرآیند کراکینگ طی واکنش های مطلوب که به تولید محصولاتی نظیر اتیلن و پروپیلن می انجامد، واکنش های نامطلوب نیز شکل می گیرند که باعث ایجاد کک در کویل های کوره می گردد. پوشش دهی فولاد می تواند مقاومت به خوردگی داغ و اکسیداسیون دمای بالا را افزایش دهد، تا حد زیادی از نشست کک جلوگیری کرده و منجر به طولانی شدن عمر راکتورها شود. در ‫این پژوهش جهت افزایش نسبت آنتی ککینگ و بهبود مقاومت به اکسیداسیون و کربوره شدن آلیاژ HP-micro از پوشش های نفوذی آلومینایدی استفاده شد.‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬ ابتدا ترکیب شیمیایی زیرلایه توسط آزمون طیف سنجی نوری اندازه گیری شد. سپس از فرایند آلومینایزینگ جهت ایجاد پوشش نفوذی استفاده شد. عملیات پوشش دهی در دمای 1000 درجه سانتی گراد و زمان نگهداری 5 ساعت انجام پذیرفت. نتایج آزمون پراش پرتو ایکس از سطح نمونه ی آلومینایز شده حاکی از وجود فاز NiAl در سطح نمونه می باشد. به منظور ارزیابی مقاومت در برابر نشست کک، آزمون ککینگ برای تعیین نسبت آنتی ککینگ انجام شد. نتایج نشان داد که نمونه ی آلومینایز شده به دلیل وجود لایه ی پوششی محافظ به طور چشمگیری از تشکیل کک رشته ای جلوگیری کرده، در صورتی که در نمونه ی خام، رشته های اولیه ناشی از واکنش هیدروکربن و عناصر فعال زیرلایه به مقدار زیادی روی سطح تشکیل شده است.‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬

    کلیدواژگان: آنتی ککینگ، فرآیند آلومینایزینگ، پوشش های نفوذی، فولادهای HP، واحد کراکینگ
  • معصومه نوذری نژاد، محمدرضا ابوطالبی*، سید حسین سیدین، سید مسعود برکت صفحات 10-28

    در این پژوهش، آلیاژ انتروپی بالای جدید Al0.5CoCrFeNiNb0.5-Si0.1 با استفاده از روش آلیاژسازی مکانیکی سنتز و پودر حاصله با روش رسوب نشانی مستقیم لیزری روی اینکونل 718 پوشش دهی شد. برای تشکیل پوششی مطلوب، اثر متغیرهای فرآیند روکش کاری لیزری شامل توان لیزر، نرخ تغذیه پودر و سرعت روبش لیزر با استفاده از 24 گروه آزمایشی بررسی گردید. برای مشخصه یابی پودرهای سنتزی از آزمون پراش پرتو ایکس (XRD)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) مجهز به طیف سنجی پراش انرژی پرتو ایکس (EDS) و جهت بررسی مشخصات هندسی و درصد آمیختگی روکش های تک پاس از میکروسکوپ نوری استفاده گردید. الگوی XRD پودر سنتزی نشان داد که یک محلول جامد تک فاز BCC پس از 30 ساعت آسیاب کاری تشکیل شد. تصاویر SEM نیز نشان دهنده تشکیل محلول جامد پس از 30 ساعت آلیاژسازی مکانیکی در نمونه بوده و نتایج EDS سازگاری ترکیب شیمیایی اسمی آلیاژ موردنظر را با نمونه سنتزی تایید نمود. بررسی تصاویر میکروسکوپ نوری و محاسبات هندسی روکش های تک پاس نشان داد که افزایش توان لیزر و کاهش سرعت روبش منجر به افزایش عرض پوشش گردید. ارتفاع روکش های تک پاس نیز با کاهش سرعت روبش و افزایش نرخ تغذیه پودر افزایش یافت. هم چنین، از میان متغیرهای موردبررسی، توان لیزر بیش ترین تاثیر را روی مقدار عمق نفوذ و آمیختگی داشت. به طور کلی نتایج نشان داد که شرایط مطلوب برای رسوب نشانی مستقیم لیزری آلیاژ انتروپی بالا روی اینکونل 718 در توان W 500، نرخ تغذیه mg/s 100 و سرعت روبش mm/s 4 حاصل می گردد.

    کلیدواژگان: آلیاژ انتروپی بالا، آلیاژسازی مکانیکی، روکش کاری لیزری، اینکونل 718، متغیرهای عملیاتی
  • زینب وتوت، فرزاد محبوبی* صفحات 29-41

    در این مقاله، پوشش نیکل-بور- اکسید گرافن کاهش یافته (Ni-B-rGO) با غلظت های (0، 6، 5/20 و 40 میلی گرم) اکسید گرافن کاهش یافته (rGO) روی فولاد AISI 4140 لایه نشانی شد. پس از فرایند پوشش دهی الکترولس، نمونه ها در اتمسفر حاوی %25 نیتروژن و %75 هیدروژن در مدت زمان 120 دقیقه و دمای °C 400 نیتروژن دهی پلاسمایی شدند و خواص ساختاری و رفتار سایشی آن بررسی شد. خواص ساختاری پوشش ها به کمک آزمون های پراش اشعه ایکس، میکروسکوپ الکترونی روبشی و آزمون سختی سنجی بررسی شد. همچنین ضریب اصطکاک و خواص سایشی نمونه ها به کمک آزمون پین روی دیسک مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج نشان می دهد با افزایش غلظت rGO، ساختار پوشش از حالت آمورف به حالت شبه بلوری تغییر می کند و اضافه کردن rGO سبب افزایش مقاومت سطحی و در نتیجه افزایش سختی و بهبود مقاومت سایشی پوشش می گردد. اضافه کردن rGO تا غلظت mg/L 5/20 باعث بهبود مقاومت سایشی و کاهش ضریب اصطکاک شد. همچنین فرایند نیتروژن دهی پلاسمایی سبب بلوری شدن پوشش ها در اثر تشکیل فازهای Ni2B، Ni3B و h-BN شد. علاوه بر این، دو ساعت عملیات نیتروژن دهی پلاسمایی سختی پوشش را از 863 ویکرز به 1490 ویکرز افزایش داد. مقاومت سایشی پوشش ها پس از انجام نیتروژن دهی پلاسمایی افزایش یافته، به گونه ای که نرخ سایش ویژه از kg/N.m 9-10× 75/0 (نمونه بدون عملیات حرارتی) به kg/N.m 9-10× 24/0 کاهش یافت.

    کلیدواژگان: اکسید گرافن کاهش یافته، الکترولس، نیکل-بور، سایش، نیتروژن دهی پلاسمایی
  • محمدمهدی تولایی، مرتضی علیزاده* صفحات 42-56

    در این پژوهش پوشش های نیکل خالص، نیکل-مس و نیکل-مس-آهن به عنوان ماده الکتروکاتالیست با استفاده از روش رسوب دهی الکتروشیمیایی برای واکنش تکامل هیدروژن(HER) تولید شد. از میکروسکوپ الکترونی روبشی و پراش پرتو ایکس به ترتیب برای بررسی مورفولوژی و ساختار پوشش های رسوب داده شده استفاده شد. رفتار الکتروکاتالیستی پوشش های تولیدی در محلول یک مولار هیدروکسید پتاسیم توسط آزمون های الکتروشیمیایی ولتامتری سیکلی، ولتامتری خطی روبشی و امپدانس الکتروشیمیایی بررسی شد. نتایج نشان داد مورفولوژی سطح از حالت هرمی و گل کلمی به ترتیب در پوشش های نیکل خالص و نیکل-مس به حالت میکرو/نانومخروط در پوشش نیکل-مس-آهن تغییر کرد. حضور آهن با تغییر ساختار الکترونی و تغییر مورفولوژی سطح پوشش، باعث بهبود رفتار الکتروکاتالیستی گردید. بهترین رفتار الکتروکاتالیستی در پوشش نیکل-مس-آهن بدست آمد که در دانسیته جریان mA/Cm2 10 برای واکنش تولید هیدروژن پتانسیل 195 mV مورد نیاز بود. شیب تافل این پوشش 69.4 mV.dec-1 اندازه گیری شد. همچنین بیشترین سطح فعال الکتروشیمیایی مربوط به این پوشش بود. این پژوهش یک روش کاربردی و موثر را جهت تولید یک ماده الکتروکاتالسیت با رفتار مناسب معرفی می کند.

    کلیدواژگان: واکنش تکامل هیدروژن، رسوب دهی الکتروشیمیایی، آلیاژ نیکل-مس-آهن، الکتروکاتالیست
  • فرهاد احمدی*، محمدتقی خراسانی، آزاده آصف نژاد، مرتضی دلیری جوپاری صفحات 57-64

    پلیمر پلی اتیلن ترفتالات (PET)، عضوی از خانواده پلیمرهای پلی استر، به دلیل پایداری مکانیکی و شیمیایی بالا برای ساخت کاشتنی های پزشکی، به ویژه در ساخت عروق مصنوعی، استفاده می شود. اصولا، تحقیق حاضر به منظور اصلاح سطح این پلیمر باهدف تولید PET با خصوصیات سطح بهینه جهت افزایش تطابق و عملکرد در کاربردهای پزشکی انجام شده است. این اصلاحات شامل تنظیم زاویه تماس، تغییرات ترکیب شیمیایی سطح، بهبود ویژگی های آب دوستی و آب گریزی سطح، و تغییرات در ریخت شناسی سطح می شود. هدف این تحقیق، بهبود خصوصیات سطحی PET به گونه ای است که بهبود عملکرد و کارایی آن در ساخت عروق مصنوعی و سایر کاربردهای پزشکی حاصل گردد. متغیرهای مورد بررسی در این تحقیق شامل زمان تیمار، غلظت گاز دی اکسید گوگرد، شدت پلاسما و خواص سطح پلیمر هستند. در طی این تحقیق، نمونه های فیلم پلیمری درون دستگاه پلاسما با محفظه خلا قرار داده شدند و در معرض پلاسمای SO2 قرار گرفتند. عامل دار شدن سطح پلیمر با حضور مولکول ها یا گروه های شیمیایی شامل گوگرد و اکسیژن به وسیله طیف سنجی (FTIR) مورد بررسی قرار گرفت و نتایج طیف سنجی فروسرخ در نمونه تیمار شده با پلاسمای گاز SO2، وجود پیک های پیوندهای متقارن SO2 در SO3 یا SO4 را در نمونه تایید کرد. تصاویر سه بعدی AFM و آزمون زاویه تماس، تاییدکننده تغییرات ریخت شناسی و ترشوندگی سطح پلیمر و بودند. استفاده از روش پلاسما با گاز SO2 یک روش مناسب جهت اصلاح سطح پلی اتیلن ترفتالات بوده و کاربرد این پلیمر را در حوزه زیست پزشکی تقویت می نماید.

    کلیدواژگان: پلیمر پلی اتیلن ترفتالات، اصلاح سطح، پلاسمای SO2، مشخصه یابی
  • بهروز قاسمی*، یاسر مهدوی نفتچالی، فتح الله قدس صفحات 65-80

    با اعمال پارامترهای مناسب در فرآیندهای پوشش دهی به روش رسوب شیمیایی متاثر از پلاسما، PACVD ، می توان عملکرد فولاد های کم آلیاژ را در برابر عوامل سطحی تحت تاثیر قرار داده و بهبود بخشید. در این تحقیق آلیاژ زیر لایه فولاد کم آلیاژ 34CrNiMo6 بوده که به منظور ایجاد تغییرات ریزساختاری و بهبود خواص سطحی آن، فرایند پوشش دهی به روش PACVD و حاوی بخارات TiCl4، CH4 و N2 به منظور اعمال Ti، C ،N به همراه وارد کردن Fe به ترکیب پوششها، در طول فرایند پوشش دهی انجام شده است. بررسی های ریزساختاری و ترکیب شیمیایی توسط پراش پرتو ایکس (GIXRD) ، میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی، FESEM ، و طیف سنجی پراکندگی انرژی (EDS) و زبری سطح پوشش ها (S_a) توسط میکروسکوپ نیروی اتمی AFM مششخص شده اند. برای بررسی خواص الکتروشیمیایی نمونه ها از محلول 3.5 درصد وزنی NaCl استفاده کرده و آزمون های پلاریزاسیون پتانسیودینامیکی و طیف سنجی امپدانس (EIS) نمونه ها انجام شده است. نتایج تحقیق نشان می دهد با اعمال بیشتر گاز CH4 ، میزان کندوپاش مربوط به Fe بیشتر شده و مقدار آن در سطح مربوط به پوششها افزایش یافته است و نیز کیفیت سطحی پوشش ها تحت تاثیر قرار گرفته و بهبود یافته است.همچنین از نتایج بر می آید که تشکیل فازهای نیتریدی و C3 N4 و میزان نیتروژن سطح پوشش ها ، عامل تعیین کننده مقاومت پوششها در مقابل خوردگی قلمداد می شود.

    کلیدواژگان: فولاد 34CrNiMo6، مورفولوژی، بررسی های الکتروشیمیایی، پوشش
|
  • M. Rafiee, A. Bahrami, A. Shafyei Pages 1-9

    In the petrochemical industry and in the cracking process, during the reactions that lead to the production of such products as ethylene and propylene, unfavorable reactions are also formed, which cause the formation of coke in the furnace coils. Appropriate coating of the steel can increase the resistance to hot corrosion and high temperature oxidation, largely prevent coke deposition and result in longer life of the reactors. In this research, in order to increase the anti-coking ratio and improve the resistance to oxidation and carburization of HP-micro alloyed steel, aluminide diffusion coatings were investigated. First, the chemical composition of the substrate was determined by optical spectroscopy and, then, the aluminizing process was employed to create a diffusion coating. The coating operation was carried out at 1000 degrees C and a holding time of 5 hours. The results of the X-ray diffraction test on the aluminized sample indicated the presence of NiAl phase on the surface. In order to evaluate the resistance to coke deposition, the coking test was performed to determine the anti-coking ratio. The results showed that the aluminized specimens significantly prevented the formation of filamentary coke due to the presence of the protective oxide layer, while in the untreated steel, the initial filaments formed by the reaction of hydrocarbon and the active elements of the substrate in large amounts over the surface.

    Keywords: Anti-coking, Aluminizing process, Diffusion coatings, HP steels, Cracking unit
  • M. Nozari Nezhad, M. Aboutalebi, S. H. Seyedein, S. M. Barekat Pages 10-28

    In this research, the new high entropy alloy of Al0.5CoCrFeNiNb0.5-Si0.1 was synthesized by mechanical alloying process. Then, the synthesized powder was deposited on Inconel 718 through direct laser deposition process. The effect of process parameters of laser cladding, such as laser power, powder feeding rate and scanning speed was investigated with 24 experiments for forming the optimized single-track claddings. X-Ray Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM) equipped with Energy Dispersive Spectroscopy (EDS) were used to characterize the synthesized powders. Also, Optical Microscopy (OM) was used for investigation of geometry features and dilution of single-track clads. The XRD patterns of powder demonstrated that a singlephase solid solution (BCC) was formed after 30 hours of milling. SEM micrographs indicated the formation of solid solution after 30 hours. Also, the EDS results confirmed the compatibility of the chemical composition of the desired alloy with synthesized sample. OM images and geometrical calculations demonstrated that increasing the laser power and reducing the scanning speed led to increasing the width of single-track clad. The thickness or the height of single-track clads also was increased by reducing the scanning speed and increasing the feeding rate. Moreover, it was investigated that the laser power had the most effect on the penetration depth and dilution. The optimal conditions for direct laser deposition of synthesized powder on Inconel 718 was laser power of 500 W, feeding rate of 100 mg/s and laser scanning speed of 4 mm/s.

    Keywords: High entropy alloy, Mechanical alloying, Laser cladding, Inconel 718, Process parameters
  • Zainab Wetwet, Farzad Mahboubi* Pages 29-41

    In this article, nickel-boron-reduced graphene oxide (Ni-B-rGO) coatings with concentrations of 0, 6.0, 20.5, and 40 mg of reduced graphene oxide (rGO) were deposited on AISI 4140 steel. Following the electrodeposition process, the samples were nitrogen-plasma treated in an atmosphere containing 25% nitrogen and 75% hydrogen for 120 minutes at a temperature of 400 °C, and their structure and wear behavior were examined. The structural properties of the coatings were investigated using X-ray diffraction tests, scanning electron microscopy and hardness tests. Additionally, the coefficient of friction and wear resistance of the samples were studied using a pin-on-disk tester. The results indicate that increasing the rGO concentration changes the coating structure from an amorphous to a semi-crystalline state, and the addition of rGO increases the hardness and enhances the wear resistance of the coating. Adding rGO up to a concentration of 20.5 mg/L improves the wear resistance and reduces the coefficient of friction. Moreover, the plasma nitrogen treatment leads to the crystallization of the coatings due to the formation of Ni2B, Ni3B, and h-BN phases. Furthermore, a two-hour plasma nitrogen treatment increased the coating hardness from 863 Vickers to 1490 Vickers. The wear resistance of the coatings increased after the plasma nitrogen treatment, resulting in a decrease in the specific wear rate from 0.75 × 10-9 kg/Nm (untreated sample) to 0.24 × 10-9 kg/Nm.

    Keywords: Reduced graphene oxide, Electroless plating, Nickel-boron, Friction, wear resistance, Plasma nitriding
  • Morteza Alizadeh* Pages 42-56

    In this research, pure Ni, Ni-Cu and Ni-Cu-Fe coatings were produced as electrocatalyst material using electrodeposition method for hydrogen evolution reaction (HER). Scanning electron microscope and X-ray diffraction were used to examine the morphology and structure of the deposited coatings, respectively. The electrocatalytic behavior of the produced coatings in 1M KOH solution was investigated by cyclic voltammetry, linear scanning voltammetry and electrochemical impedance tests. The results showed that the surface morphology changed from pyramidal and cauliflower state in pure Ni and Ni-Cu coatings respectively to micro/nano-cone state in Ni-Cu-Fe coating, respectively. The presence of Fe improved the electrocatalytic behavior by changing the electronic structure and changing the morphology of the coating surface. The best electrocatalytic behavior was obtained in the Ni-Cu-Fe coating, requires overpotential of 195 mV at a current density of 10 mA/Cm2 for the hydrogen production reaction. The Tafel slope of this coating was measured 69.4 mV.dec-1 . Also, the highest electrochemically active surface was related to this coating. This research introduces a practical and effective method to produce an electrocatalyst material with appropriate behavior.

    Keywords: Hydrogen Evolution Reaction, electrodeposition, Ni-Cu-Fe alloy, electrocatalyst
  • Farhad Ahmadi* Pages 57-64

    Polyethylene terephthalate (PET) polymer, a member of the polyester polymer family, is used for the manufacture of medical implants, especially in the manufacture of artificial vessels, due to its high mechanical and chemical stability. Basically, the current research has been carried out in order to modify the surface of this polymer with the aim of producing PET with optimal surface characteristics to increase compatibility and performance in medical applications. These modifications include adjusting the contact angle, changes in the surface chemical composition, improving the hydrophilic and hydrophobic properties of the surface, and changes in the surface morphology. The aim of this research is to improve the surface properties of PET in such a way as to improve its performance and efficiency in the production of artificial vessels and other medical applications. The variables investigated in this research include treatment time, sulfur dioxide gas concentration, plasma intensity and polymer surface properties. During this research, polymer film samples were placed inside the plasma device with a vacuum bag and were exposed to SO2 plasma. The functionalization of the polymer surface with the presence of molecules or chemical groups including sulfur and oxygen was investigated by spectroscopy (FTIR) and the results of infrared spectroscopy in the sample treated by SO2 gas plasma showed the presence of peaks of symmetrical bonds of SO2 in SO3 or SO4 in the sample. approved. 3D AFM images and contact angle test confirmed the morphological changes and wettability of the polymer surface. Using the plasma method with SO2 gas is a suitable method to modify the surface of polyethylene terephthalate and strengthens the application of this polymer in the field of biomedicine.

    Keywords: Polyethylene terephthalate polymer, Surface modification, SO2 plasma, Characterization
  • Behrouz Ghasemi* Pages 65-80

    By applying the appropriate parameters in the PACVD process, It is possible to influence and improve the performance of lowalloy steels against surface factors. In this study, low-alloy steel substrate, 34CrNiMo6 is used in order to create microstructural changes and improve its surface properties, the coating process by method PACVD Contains vapors of TiCl4, CH4 and N2 in order to apply Ti, C, N along with adding Fe to the composition of the coatings by this process. Investigations of microstructure and chemical composition by X-ray diffraction, Field emission scanning electron microscopy and energy dispersive spectroscopy (EDS) have been characterized.to check the electrochemical properties of the samples, a 3.5% wt NaCl solution was used, and potential dynamic polarization and impedance spectroscopy (EIS) tests were performed on the samples. The results of the research show that by applying more CH4 gas, the sputter rate of Fe increased and its amount was increased at the surface of the coatings, and the surface of the coatings has been improved. Also, it can be seen that the formation of C3N4 phase and the amount of nitrogen on the surface of the coatings are considered to be the determining factors of the corrosion resistance of the coatings.

    Keywords: 34CrNiMo6 steel, Morphology, electrochemical properties, coating