فهرست مطالب
فصلنامه علوم و مهندسی سطح ایران
پیاپی 58 (زمستان 1402)
- تاریخ انتشار: 1402/12/01
- تعداد عناوین: 6
-
-
صفحات 1-12
در این پژوهش سطوح فوق آبگریز روی آلومینیوم خالص با استفاده از دو روش حکاکی شیمیایی و آندایزینگ تک مرحله ای و اصلاح سازی با مواد دارای انرژی سطحی کم ساخته شده است. پس از ایجاد زبری یکنواخت روی سطوح، اصلاح سازی سطح با پرفلوئوراکتیل_ تری کلروسیلان (PFTS) انجام شد. ترشوندگی توسط آزمون اندازه گیری زاویه تماس قطره (WCA) و مورفولوژی پوشش با میکروسکپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (FESEM) بررسی گردید. ترکیب شیمیایی سطح توسط طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه (ATR-FTIR) شناسایی شد. خاصیت خودتمیزشوندگی با پودر زغال مورد بررسی قرار گرفت. رفتار خوردگی با استفاده از آزمون پلاریزاسیون تافل و مه نمکی ارزیابی شد. نتایج زاویه تماس آب نشان داد که زبری سطح در اثر آندایزینگ و حکاکی شیمیایی موجب کاهش زاویه تماس به °15 و °24 شده و پس از اصلاح سطوح، زاویه تماس به 157o و 153o افزایش یافت. پس از اصلاح سازی سطح نمونه آندایز شده دارای مقاومت به خوردگی بالاتری نسبت به نمونه حکاکی شده می باشد. نمونه آندایزینگ پردازش شده دارای خاصیت خودتمیزشوندگی می باشد.
کلیدواژگان: فوق آبگریزی، آندایزینگ، حکاکی شیمیایی، پلاریزاسیون تافل، خودتمیزشوندگی -
صفحات 13-20
اجزای متحرک مکانیکی و تماس مستقیم بین سطوح در خلا بکار رفته در کاربردهای فضایی، موجب تحقیقات زیادی برای یافتن پوششهای روان کننده ی جامد-جامد با مقاومت به سایش از جمله پوششهای کربن شبه الماس DLC است. روش آبکاری الکتریکی از لحاظ ارزانی تجهیزات و سادگی فرایند برای تهیه فیلم های DLC و مواد کربنی مربوطه در حال رقابت با سایر روش ها است. در این پژوهش پوشش DLC به روش آبکاری الکتریکی در ولتاژهای بالا سنتز شد. انواع کربن و پیوندهای پوشش بدست آمده به روش طیف سنجی رامان مطالعه گردید. خواص تریبولوژیکی و ریزساختاری نمونه ها به وسیله آنالیزهای میکروسختی سنجی، آزمون سایش و میکروسکوپ الکترونی روبشی متاثر از میدان FESEM مطالعه گردید. مقدار قابل قبول پیوندهای sp3 در پوشش دهی کربن شبه الماس به روش آبکاری الکتریکی، در ولتاژ 470 ولت حاصل گردید. با بررسی تصاویر FESEM مشخص شد که ساختاری مشابه به گل کلم ایجاد شده است. سختی پوشش حاصل از روش آبکاری الکتریکی به دلیل مقدار بالای پیوندهایsp3 بالا است، به نحوی که در پوشش بهینه مقدار سختی در حدود 1600 ویکرز اندازه گیری گردید. ضریب اصطکاک پوشش DLC در مسافت های کم که مناسب لولا های فضایی با دامنه حرکت پائین است کم و قابل قبول است لیکن با افزایش مسافت، دچار افزایش چشمگیری گردید.
کلیدواژگان: پوشش، کربن شبه الماس، آبکاری الکتریکی، سختی، خواص تریبولوژیکی -
صفحات 21-31
در این پژوهش تاثیر تابش یون های نیتروژن بر خواص سطحی و ساختار فلز تیتانیوم مورد بررسی قرار گرفت. برای این منظور نمونه های تیتانیومی در دستگاه پلاسمای کانونی 7/2 کیلوژول با یون های نیتروژن گسیل یافته از آن در 5، 10 و 20 تخلیه خازنی دستگاه پلاسمای کانونی مورد تابش قرار داده شد. نمونه ها قبل و بعد از تابش دهی تحت بررسی های میکروسکوپی الکترونی، میکروآنالیز و پراش پرتو ایکس قرارگرفت. نتایج نشان می دهد که با تابش یون های نیتروژن بر سطح تیتانیوم، تاول های متراکم و ناهمواری در سطح نمونه ها ایجاد می شود که با افزایش تعداد تخلیه خازنی، تراکم و اندازه آنها افزایش می یابد. در سطح نمونه های تابش شده، نواحی کندوپاش بر اثر برخورد یون های پرانرژی نیتروژن و افزایش دمای سطح تیتانیوم پدید آمده است. نتایج پراش پرتو ایکس نشان می دهد که با تابش یون های نیتروژن به تیتانیوم، پیک های پراش پرتو ایکس دچار تغییراتی شده و مکان قله ها به سمت زوایای کوچکتر جابجا شده است؛ این امر نشان دهنده کرنش ایجاد شده در نمونه ها به دلیل انتقال گرمای زیاد به سطح در زمان تابش یون ها بوده است. علاوه براین، تابش یون های نیتروژن بر تیتانیوم باعث کاهش شدت قله ها شده است. نتایج حاصل از EDX نشان می دهد که با تابش یون های نیتروژن بر سطح تیتانیوم، به دلیل تبخیر از سر آند دستگاه پلاسمای کانونی، مقدار بسیار اندکی مس بر سطح فلز رسوب کرده است
کلیدواژگان: : دستگاه پلاسمای کانونی، یون های نیتروژن، تیتانیوم، کاشت یون، پراش پرتو ایکس -
صفحات 32-45
پوشش های NiCoCrAlY توسط فرآیندهای مختلف پاشش حرارتی و نیز رسوب فیزیکی بخار (PVD) اعمال می شوند که در این بین استفاده از روش PVD به دلیل تخلخل و ناخالصی کمتر در پوشش، خواص بهتری را فراهم می کند. در این پژوهش از روش رسوب فیزیکی بخار با تبخیر قوس کاتدی (Arc-PVD) برای اعمال پوشش NiCoCrAlY بر سوپرآلیاژ پایه نیکلMar-M-200 استفاده شد. بدین منظور پوشش هایی در ولتاژ بایاس های 180- و 240- ولت و شدت جریان های 80 و 110 آمپر ایجاد شد. سپس تاثیر آن بر ریزساختار، چگالی عیوب و ترکیبات فازی پوشش توسط میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی مجهز به آنالیز EDS مورد بررسی قرار گرفت. نتایج تجربی نشان داد که نرخ پوشش دهی در شدت جریان های 110 آمپر افزایش می یابد، در حالی که با افزایش ولتاژ بایاس ضخامت پوشش کاهش می باید. بیشترین ضخامت پوشش در نمونه A110B180 به میزان 13.5 میکرون مشاهده شد. همچنین افزایش شدت جریان قوس منجر به افزایش اندازه و تعداد ماکروذرات تا مقادیر 50 میکرون شد. آزمون پراش پرتو ایکس پوشش ها نشان داد فازهای اصلی پوشش شامل γ -Ni3Al، γ-Ni و α-Co بوده است و با افزایش شدت جریان از 80 تا 110 آمپر، شدت پیک فازهای γ -Ni3Al و γ-Ni افزایش یافت. همچنین با افزایش مقدار ولتاژ بایاس از 180- تا 240- ولت، اندازه بلورک در پوشش افزایش یافت و برعکس با افزایش شدت جریان قوس از 80 به 110 آمپر اندازه بلورک کاهش یافت. کمترین و بیشترین اندازه بلورک به ترتیب در نمونه های A110B180 و A80B240 با مقادیر 18 و 24.2 میکرون بدست آمد.
کلیدواژگان: رسوب فیزیکی فاز بخار با تبخیر قوس کاتدی، پوشش Nicocraly، شدت جریان قوس، ولتاژ بایاس، ماکروذرات -
صفحات 46-58
چکیده در این پژوهش لایه نشانی اکسید مس به روش جدید و آسان انباشت بخار مرطوب فراصوت UMVD)) انجام شد. این روش که نسبت به روش اسپری پایرولیز از مزایای منحصر بفردی بهره مند است، به راحتی و بصورت تکرارپذیر می تواند لایه های مختلف اکسید مس را روی سطح شیشه لایه نشانی کند. پارامترهای مختلفی از قبیل دمای زیر لایه، فاصله نازل و زاویه نازل با زیر لایه مورد بررسی قرار گرفت. لایه های ساخته شده به منظور تغییر خواص ترشوندگی درون اسید استئاریک قرار گرفتند که بصورت محسوسی زاویه تماس آب را کاهش دادند. ویژگی های نوری، ریخت شناسی، زبری سطح و آب دوستی این لایه ها مورد بررسی قرار گرفت. طیف عبور نشان داد که با افزایش دمای زیرلایه، میزان ماده کمتری روی سطح نشانده شده است. از طرفی با بررسی ریخت شناسی مشخص شد که با افزایش دما و اقزایش فاصله نازل با زیر لایه و کاهش زاویه مقدار زبری سطح نیز متعاقبا کاهش پیدا می کند. در انتها به منظور داشتن لایه ای فوق آب دوست، لایه ها درون اسید استئاریک قرار گرفتند که بعد از بیرون آوردند لایه ی ساخته شده در دمای زیرلایه °C 330، فاصله ی نازل تا زیرلایه cm 7 و زاویه زیرلایه °25 دارای زاویه تماس زیر °1 بود که این نتیجه در کاربردهای پوشش های ضد بخار یا حسگرهای لایه-نازک بسیار مفید است.
کلیدواژگان: اکسید مس، اسید استئاریک، لایه نشانی به روش افشانه بخار مرطوب فراصوت UMVD، مورفولوژی سطح -
صفحات 59-74
جهت بررسی تاثیر پایدار کننده بر ریزساختار و خواص خوردگی پوشش های الکترولس نیکل - فسفر، ppm 3 - 7/0 تیواوره در حمام پوشش الکترولس حل و پوشش های مورد نظر بر زیرلایه های فولاد 37St اعمال شدند. از آنالیزهای SEM، AFM و EDS به ترتیب جهت بررسی مورفولوژی، توپوگرافی پوشش ها و عناصر موجود در آنها استفاده شدند. آزمون میکروسختی برای ارزیابی سختی پوشش ها صورت پذیرفت. رفتار خوردگی پوشش ها در 5/3 درصد وزنی کلرید سدیم با استفاده از آزمون پلاریزاسیون تافل و روش طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی مورد ارزیابی قرار گرفت. مشاهده شد که در غلظت ppm 7/0 تیواوره، محلول بعد از 10 دقیقه تجزیه شد اما محلول الکترولس حاوی ppm 1-3 تیواوره در طول آزمایش (یک ساعت) پایدار بود. محلول حاوی ppm 1 بیشترین سرعت پوشش دهی را داشت (µm/h21/10) که با افزایش غلظت تیواوره به ppm 3 سرعت پوشش دهی به µm/h 5/2 افت کرد. با افزایش غلظت تیواوره ازppm 1 تا ppm 3، درصد وزنی فسفر از 12 به 2 کاهش یافت که باعث تغییر ساختار از آمورف یه کریستالی و افت سختی از 15±610 ویکرز به 20±198 ویکرز شد. با افزایش میزان تیواوره در حمام الکترولس ازppm 1 تا ppm 3، مقاومت به خوردگی افت کرد بدین صورت که دانسیته جریان خوردگی از A.cm-27-10 ×91/6 به 6-10 ×07/4 افزایش و مقاومت انتقال بار برای پوشش های الکترولس نیکل- فسفر از cm2.Ω 3151 به cm2.Ω 625 کاهش یافت. نتایج بدست آمده می تواند به دلیل جذب تیواوره بر سطح زیرلایه یا پوشش نیکل - فسفر و جلوگیری از ادامه فرایند الکترولس باشد.
کلیدواژگان: پوشش الکترولس، تیواوره، مورفولوژی، خوردگی، طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی
-
Pages 1-12
In this research, super-hydrophobic surfaces were made on pure aluminum (92%) using two methods of chemical etching, and onestep anodizing and modification with materials with low surface energy. After creating a uniform roughness on the surfaces, surface modification was done with perfluoroactyltrichlorosilane (PFTS). The wettability was investigated by measuring the drop contact angle (WCA) and the morphology of the coating with a field emission scanning electron microscope (FESEM). The chemical composition of the surface was detected by Fourier transform infrared spectroscopy (ATR-FTIR). The self-cleaning property with coal powder was investigated. Corrosion behavior was evaluated using Tafel polarization test and salt fog. The results of the water contact angle showed that the surface roughness due to anodizing and chemical etching reduced the contact angle to 15ᵒ and 24ᵒ, and after modifying the surfaces, the contact angle increased to 157ᵒ and 153ᵒ. After modifying the surface of the anodized sample, it has higher corrosion resistance than the etched sample. The final coating is self-cleaning.
Keywords: Superhydrophobicity, Anodizing, Chemical Etching, TOEFL Polarization, Self-Cleaning -
Pages 13-20
Mechanical moving assemblies and direct contact between surfaces in vacuum used in space applications have led to extensive research to find solid-solid lubricant coatings with high wear resistance, including Diamond-Like Carbon (DLC) coatings. Depending on the properties required, different methods of deposition were used for diamond like carbon (DLC) coating. In this research, the DLC coating was synthesized by electroplating method at high voltages on copper substrate. The types of carbon and coating bonds obtained were studied by Raman spectroscopy. The tribological and microstructural properties of the samples were studied by means of microhardness analysis, wear test, and FESEM. An acceptable amount of sp3 bands was obtained in the coating of DLC by electro plating method at a voltage of 470 volts. Examination of FESEM images revealed that a structure similar to cauliflower. The hardness of electroplated coatings is high due to the high amount of sp3 bands, the hardness value was measured around 1600 Vickers. The coefficient of friction of DLC coating is low and acceptable in short distances, which is suitable for space hinges with low range of motion, but with the increase of the distance, it increased significantly.
-
Pages 21-31
In this research, the effect of nitrogen ion radiation on the surface properties and structure of titanium metal was investigated. For this purpose, titanium samples were subjected to 2.7 kJ focal plasma device with nitrogen ions emitted from it in 5, 10 and 20 shots of the plasma device. The focus was irradiated. SEM, EDX and XRD analyzes were taken from titanium samples before and after irradiation. The results of SEM show that with the irradiation of ions on the surface of titanium, rough blisters are created on the surface of the specimens; the density and size of these blisters increase with the number of shots. Also, on the surface of the irradiated samples, sputtered areas were observed, owing to the increase in the temperature of the titanium surface by the impact of high-energy nitrogen ions. The X-ray diffraction results showed that with the irradiation of nitrogen ions onto titanium, the diffraction pattern has undergone changes in the peak locations; the peaks shifted to smaller angles, due to the stress and strains created in the surface layers as a result of high heat transfer to titanium during the irradiation of nitrogen ions. In addition, the irradiation of nitrogen ions on titanium caused a decrease in the height of the peaks. The results obtained from EDX also revealed that by irradiating nitrogen ions on the titanium, a small amount of copper has been deposited on the titanium surface due to evaporation from the anode head of the focal plasma device.
Keywords: Titanium, Surface Structure, Plasma Focus, Nitrogen Ions, Ion Implantation -
Pages 32-45
NiCoCrAlY coatings are applied through thermal spraying and physical vapor deposition (PVD) methods. The utilization of the PVD technique offers superior properties attributed to reduced porosities and impurities within the coating. In this study, NiCoCrAlY coating was applied on Mar-M-200 nickel-base superalloy using cathodic arc evaporation physical vapor deposition (Arc-PVD). Coatings were produced at bias voltages of -180 and -240 volts, along with arc currents of 80 and 110 amperes. Investigating the effects of negative substrate bias voltage and arc current on the microstructure, defect density, morphology, and phase transformation of the coatings was conducted using an optical microscope (OM) and scanning electron microscope (SEM) equipped with EDS analysis. The experimental findings indicated that increasing the arc current from 80 A to 110 A increased the coating thickness, whereas the thickness decreased at the higher bias voltages. The A110B180 sample exhibited a maximum coating thickness of 13.5 microns. Furthermore, an increase in the arc current resulted in the enlargement and increased number of macroparticles, reaching up to 50 microns. X-ray diffraction analysis of the coatings also demonstrated that the main phases of the coating included γ΄-Ni3Al, γ-Ni, and α-Co, and with increasing arc current from 80 A to 110 A, the intensity of γ΄-Ni3Al and γ-Ni peaks increased. By increasing the bias voltage from -180 V to -240 V, the crystallite sizes were enlarged. Conversely, elevating the arc current from 80 A to 110 A led to a reduction in crystallite size. In the A110B180 and A80B240 specimens, the smallest and largest crystallite sizes were measured at 18 and 24.2 microns, respectively. A comparative analysis of the coated samples revealed that the A110B240 coating exhibited a lower defect density and relatively greater thickness, so it can propose more favorable properties for industrial applications at elevated temperatures such as the hot section blade of the gas turbine.
Keywords: Cathodic Arc Physical Vapor Deposition, Nicocraly Coating, Arc Current, Bias Voltage, Macroparticles -
Pages 59-74
The effects of 0.7-3 ppm thiourea on the structure and corrosion properties of electroless nickel-phosphorus coatings were evaluated. SEM, AFM and EDS analyses were used to investigate the morphology, topography of the coatings and their elemental composition, respectively. A micro hardness test was performed to evaluate the hardness of the coatings. The corrosion behavior of the coatings was evaluated in in 3.5 wt.% NaCl aqueous solution using Tafel polarization test and electrochemical impedance spectroscopy method. It was observed that at 0.7 ppm concentration of thiourea, the solution was decomposed after 10 minutes, but electroless solution containing 1-3 ppm thiourea was stable during the deposition for one hour. The solution containing 1 ppm had the highest coating speed (10.21 m/hµ), which was decreased with increase of thiourea concentration to 3 ppm (2.5 m/hµ). In addition, by increasing the concentration of thiourea from 1 ppm to 3 ppm, the amount of phosphorus was decreased from 12.64 to 2.4 wt.%, which caused a change in the crystallographic structure from amorphous to crystalline and a decrease in hardness from 610 ± 15 Vickers to 198 ± 20 Vickers. By increasing the amount of thiourea in the electroless bath from 1 ppm to 3 ppm, the corrosion resistance was decreased so that the corrosion current density was increased from 6.91 × 10-7 A.cm-2 to 4.07 × 10-6 A.cm-2 and the charge transfer resistance for nickel-phosphorus electroless coatings was decreased from 3151 Ω.cm2 to 625.3 Ω.cm2 . The obtained results can be due to the absorption of thiourea on the surface of the substrate or nickel-phosphorus coating and preventing the continuation of the electroless process.
Keywords: Electroless Coating, Thiourea, Surface Morphology, Corrosion, EIS