فهرست مطالب

علوم و مهندسی سطح ایران - پیاپی 10 (1389)
  • پیاپی 10 (1389)
  • تاریخ انتشار: 1390/01/14
  • تعداد عناوین: 9
|
  • حسین اشرفی، مهرداد فرید، مهدی کسرایی صفحه 1
    مسایل مقدار مرزی در برگیرنده تماس یکی از با اهمیت ترین مسایل در صنایع وابسته به مهندسی مکانیک جامدات، سازه و همچنین در کاربردهای علوم فضایی و نظامی، علوم پزشکی، بیوسیستم و محیط زیست می باشند. در این مقاله، فرآیند حل محاسباتی جدیدی به منظور فرمول بندی و تحلیل مسایل نانو فروروی تماسی (contact nanoindentation) بین یک فرورونده کروی صلب با رویه یک نیم فضای ویسکوالاستیک با هر هندسه دلخواه در شرایط بدون اصطکاک ارایه می شود. استخراج روابط بین توزیع فشار تماسی، نیروی عامل بر فرورونده و میزان نفوذ در لایه ویسکوالاستیک خواسته اصلی این مطالعه می باشد. مساله نانو فروروی ویسکوالاستیک با بکارگیری یک فرمول بندی مناسب در معادلات متشکله و استفاده از روش محاسباتی وارون سازی ماتریسی (matrix inversion method) با ارضای دقیق شرایط مرزی حل شده است. مقایسه نتایج عددی با حل تحلیلی فرآیند بارگذاری و باربرداری برای نانو فرورونده های کروی، دقت رهیافت حل محاسباتی را نشان می دهد.
    کلیدواژگان: مسایل تماسی ویسکوالاستیک، رهیافت محاسباتی وارون سازی ماتریسی، رویه ی نیم فضا، فروروی نانو
  • رقیه محمدزاده، علیرضا اکبری صفحه 11
    قابلیت نیتروژن دهی و مقاومت سایشی فولاد AISI M2 پس از نیتروژن دهی پلاسمایی با منیع فرکانس رادیویی در دمای °C450 ترکیب گاز H2 25% + N2 75% به مدت زمان 8 ساعت در دو حالت آنیل کامل و کوئنچ-تمپر مطالعه شد. از روی الگوهای تفرق اشعه X ترکیب لایه سفید در هر دو مورد فاز ε تعیین گردید. ضخامت لایه نیتریدی از بررسی های تغییرات ریزسختی سنجی ویکرز در مقطع عرضی نمونه ها تعیین شد. آزمایش های سایش با روش پین روی دیسک در دمای محیط، سرعت لغزش m/s 05/0، بار اعمالی 8 نیوتن و مسافت سایش 1000 متر انجام گرفت. نتایج نشان داد که لایه نیتریدی در فولاد آنیل شده در مقایسه با فولاد کوئنچ- تمپر شده سختی سطحی کمتر و ضخامت بیشتری داشته و همچنین حجم ساییده شده کمتری دارد. نتایج بر اساس پروفیل سختی و مقادیر تخمینی تنشهای پسماند تجزیه و تحلیل شد.
    کلیدواژگان: نیتروژن دهی پلاسمایی، عملیات حرارتی، فولاد ابزار M2، لایه نیتریدی، مقاومت سایشی
  • سید جواد دانشی، علیرضا نصر اصفهانی، عبدالحمید جعفری صفحه 23
    در این پژوهش پوشش دهی نانوکامپوزیتی زمینه نیکلی با حضور ذرات نانو آلومینا و در حضور همزن آلتراسونیک در حین پوشش دهی به روش آبکاری الکتریکی منقطع انجام شد. سپس مورفولوژی پوشش با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی(SEM) مورد بررسی قرار گرفت. رفتار سایشی پوشش به روش Pin on Plate و سپس رفتار خوردگی آن با استفاده از روش امپدانس الکتروشیمیایی (EIS) مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که بیشترین درصد وزنی ذرات خنثی پوشش را در موقع استفاده از همزن آلتراسونیک بطور متصل و با شدت w/cm2 63 حاصل می گردد. همچنین استفاده از همزن آلتراسونیک در حین پوشش دهی از ایجاد آگلومره در پوشش جلوگیری خواهد کرد و مکانیزم سایش از نوع خراشان است. نتیجه آنکه پوشش نانو کامپوزیتی با کیفیت بهتر از لحاظ مورفولوژی و خواص مکانیکی و سایشی در حالتی بهینه از شدت همزدن آلتراسونیک در مقایسه با شدت های دیگری از همزدن آلتراسونیک و نیز همزن مگنتیت دست یافت.
    کلیدواژگان: نانوکامپوزیت نیکل آلومینا، آبکاری الکتریکی منقطع، خوردگی، سایش
  • حسین مینوئی، محمود مرآتیان، محمد حسین فتحی، حسین قزوینی زاده صفحه 31
    پوشش های کلسیم فسفاتی برای بهره گیری همزمان از استحکام بالای فلزات برای کاربردهای تحت بار و افزایش توانایی پیوند کاشتنی ها با استخوان توسعه پیدا کرده اند. استفاده از پوشش های کلسیم فسفاتی دو فازی (BCP) به مراتب کارایی و نتایج بهتری نسبت به هیدروکسی آپاتیت (HA) تنها دارد. در این تحقیق امکان پوشش دهی سرامیک های کلسیم فسفاتی دو فازی بر روی آلیاژ کاشتنی پایه کبالت با استاندارد ASTM F-75 بررسی شد و اثر دمای پیشگرم قالب بر نسبت HA/β-TCP به عنوان عامل مؤثر بر زیست فعالی پوشش مورد مطالعه قرار گرفت. آلیاژ مذاب درون قالب های ریخته گری دقیق که قبلا دیواره های آن با هیدروکسی آپاتیت پوشش داده شده بود، ریخته گری شد. دمای پیشگرم قالب معادل 750، 850، 950 و 1050 درجه سانتیگراد برای بررسی اثر دمای پیشگرم قالب بر تغییرات فازی پوشش انتخاب شد. نتایج نشان داد که با افزایش دمای پیشگرم قالب از 750 درجه سانتیگراد به 1050 درجه سانتیگراد نسبت HA/β-TCP از حدود 30/70 به 80/20 تغییر می کند. ارزیابی آزمایشگاهی زیست فعالی بیانگر انحلال بیشتر فاز β-TCP بود و تشکیل بیشتر آپاتیت های شبه استخوانی بر سطح پوششی که دارای نسبت پایین تر HA/β-TCP است، مشاهده شد
    کلیدواژگان: پوشش زیست فعال، کلسیم فسفات دو فازی، ریخته گری دقیق، هیدروکسی آپاتیت، بتا تری کلسیم فسفات، آلیاژ پایه کبالت
  • مهردادکاشفی، سعیدکهربائی، علیرضاصاحب علم صفحه 41
    کربن زدایی اثرات نامطلوبی بر خواص مکانیکی فولاد از جمله سختی، مقاومت به سایش و خستگی دارد. از آنجا که تقریبا در فرآیند تولید تمامی قطعات تولیدی در صنعت، حداقل یک مرحله عملیات در دمای بالا مانند فورج گرم یا عملیات حرارتی پیش بینی می شود، از نقطه نظر کاربردی تعیین عمق لایه کربن زدایی شده اهمیت ویژه دارد. روش های سنتی جهت تعیین عمق این لایه روش های مخرب شامل متالوگرافی ویا سختی سنجی است که وقت گیر و پرهزینه می باشند. آزمون جریان گردابی یک آزمون غیرمخرب است که به سرعت اجرا شده و از آنجا که پاسخ آن به ترکیب شیمیایی و ریزساختار ماده موردنظر حساس است، لذا به دلیل تفاوت خواص مغناطیسی لایه کربن زدایی شده با دیگر قسمت های قطعه، می توان از این روش غیر مخرب در تعیین عمق لایه کربن زدایی شده در قطعات فولادی بهره گرفت. در این پژوهش به منظور بدست آوردن عمق های متفاوت از لایه کربن زدایی شده، فولاد CK45 در دمای °C900 در زمان های متفاوتی قرار داده شده و اندازه این لایه ها با سه روش مشاهدات میکروسکوپی، سختی سنجی و جریان گردابی تعیین گردیده و نتایج حاصله با یکدیگر مقایسه شده اند. در تحقیق حاضر، پارامترهای پاسخ به جریان القایی شامل ولتاژهای اولیه و ثانویه، اختلاف فاز ولتاژ و جریان، امپدانس نرماله شده و هارمونیک ها، مورد توجه و بررسی قرار گرفته اند.نتایج حاصله نشان دهنده دقت قابل قبول جریان گردابی در مقایسه با دو روش مخرب دیگر می باشد.
    کلیدواژگان: عمق لایه کربن زدایی شده، آزمون غیرمخرب، آزمون جریان گردابی، امپدانس نرماله
  • میثم حیدری، محمود حیدرزاده سهی صفحه 51
    پوشش های آلیاژی Zn-Co وZn به روش آبکاری الکتریکی با استفاده از جریان مستقیم از حمام قلیایی حاوی کمپلکس ساز گلیساین بر روی فولاد AISI 1018 ایجاد شدند. بررسی-های ریزساختاری و ترکیبی پوشش ها با استفاده از SEM و EDS انجام و به منظور تعیین فازهای موجود در پوشش از XRD استفاده شد. مقاومت به خوردگی پوشش ها به وسیله آزمایش پلاریزاسیون تافل در محلول 5/3 درصد نمک طعام مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج نشان می دهد که با افزایش دانسیته جریان آبکاری، میزان کبالت پوشش افزایش می یابد و همچنین اندازه دانه پوشش با افزایش دانسیته جریان ابتدا کاهش و با افزایش مجدد آن افزایش می یابد. نتایج حاصل از بررسی مقاومت به خوردگی پوشش ها نشان می دهد که مقاومت به خوردگی، بیشتر تحت تاثیر مورفولوژی و ترکیب فازی پوشش های رسوب کرده است و پوشش آلیاژی Zn-Co با 87/0 درصد وزنی کبالت به علت ساختار تک فازی و اندازه دانه کوچکتر دارای بالاترین مقاومت به خوردگی است.
    کلیدواژگان: آبکاری الکتریکی، Zn، Co، مورفولوژی، ترکیب فازی، خوردگی
  • نرجس کوپایی، مرتضی تمیزی فر، مهدی صالحی صفحه 61
    هیدروکسی آپاتیت به علت خواص زیست سازگاری و هدایت استخوانی بالا به عنوان پوشش بر روی آلیاژ تیتانیم استفاده می شود. اما استحکام چسبندگی ضعیف بین هیدروکسی آپاتیت و آلیاژ تیتانیم باعث کاهش پایداری کاشتنی هایی استفاده شده در بدن به مدت طولانی می شود. در این پژوهش پودر کامپوزیتی هیدروکسی آپاتیت-تیتانیم حاوی 50 درصد وزنی تیتانیم به روش آسیابکاری تهیه و به عنوان ماده اولیه در پلاسما اسپری به منظور ایجاد پوشش کامپوزیتی بر روی آلیاژ تیتانیم استفاده شد. همچنین تاثیر شدت جریان الکتریکی پاشش بر روی مشخصات پوشش کامپوزیتی بررسی شد. مشخصه یابی و ارزیابی پوشش کامپوزیتی، با استفاده از روش های پراش پرتو ایکس (XRD) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) انجام شد. همچنین ریز سختی پوشش ها نیز بررسی شد. نتایج حاصل از آزمون ها نشان داد که پوشش کامپوزیتی ایجاد شده در شدت جریان الکتریکی پاشش 600 آمپر و فاصله پاشش 10 سانتیمتر دارای بیشترین مقدار ریز سختی و استحکام چسبندگی است، علاوه بر آن، دارای بالاترین کیفیت سطح از نظر مقدار تخلخل و مورفولوژی سطح است.
  • دنیا احمدخانی ها، فرزاد محبوبی صفحه 69
    این تحقیق، تلاشی است برای بررسی تاثیر نیتروژن دهی پلاسمایی بر خواص پوشش الکترولسNi-B. به این منظور پوشش الکترولس با استفاده از حمام بوروهیدریدی بر روی فولاد4140 AISI اعمال شد. پوشش ها در دماهای 450 و C°500 تحت عملیات حرارتی آنیل در اتمسفر کنترل شده و نیتروژن دهی پلاسمایی به دو روش متداول و توری فعال قرار گرفته و تاثیر این عملیات بر خواص سطحی پوشش با هم مقایسه شد. ساختار، زبری سطح، ریزسختی و مقاومت سایشی پوشش ها بررسی گردید. نتایج نشان داد که ساختار آمورف پوشش الکترولس Ni-B در اثر هر دو عملیات حرارتی آنیل و نیتروژن دهی پلاسمایی به فازهای نیکل بلوری و بورید نیکل (Ni3B وNi2B) تبدیل شده، سختی پوشش افزایش و نرخ سایش کاهش می یابد. نیتروژن دهی پلاسمایی نسبت به عملیات حرارتی آنیل با وجود افزایش زبری سطح به دلیل افزایش بیش تر سختی، باعث بهبود مقاومت سایشی می شود. نیتروژن دهی پلاسمایی با توری فعال نسبت به عملیات حرارتی آنیل و نیتروژن دهی پلاسمایی به روش متداول، زبری سطح پوشش را کاهش داده و خواص سایشی بهتری ایجاد می کند.
  • بهنام فارابی خوشمهر، نقی پروینی احمدی صفحه 79
    در این تحقیق تاثیر افزایش غلظت عامل اکسید کننده سیلیکات سدیم و زمان عملیات اکسیداسیون پلاسمای الکترولیتی بر روی خواص لایه اکسیدی ایجاد شده بر روی آلومینیم بررسی شد. برای مطالعه ساختار فازی و مورفولوژی سطحی به ترتیب از دستگاه پراش اشعه x (XRD) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و برای تعیین نرخ سایشی از دستگاه تست سایش رفت و برگشتی (Pin on Plate) استفاده شده است. نتایج نشان می دهد که لایه اکسیدی تولید شده به این روش شامل ساختارهای دما بالای آلومینا نظیر فاز Al2O3-α و Al2O3 - γ است که با افزایش غلظت سیلیکات سدیم شدت باریکه ها افزایش و درصد نسبی فازهای دما بالای آلومینا در لایه اکسیدی بیشتر می شود. همچنین تصاویر میکروسکوپی نشان می دهد سطح لایه اکسیدی متخلخل بوده که متاثر از غلظت سیلیکات سدیم و زمان اکسیداسیون است. منحنی حاصل از نتایج سایش نشان می دهد که اکسیداسیون پلاسمایی در الکترولیت مقدار کاهش وزن نمونه ها در حین آزمایش را کاهش می دهد و مقاومت به سایش را بهبود می بخشد.
|
  • H. Ashrafi, M. Farid, M. Kasraei Page 1
    Boundary value problems involving contact are great importance in industries related to mechanical and civil engineering، also in environmental، medical، military and aerospace applications. In this paper، the nanoindentation contact problem between a rigid spherical indenter and surface of a viscoelastic half-space of arbitrary shape is considered under assumption of interfacial surfaces are frictionless. Deriving of the relations between the contact pressure distribution، the resultant force on the indenter and the penetration on viscoelastic surface is the main scope of presented study. By appropriate formulation of the viscoelastic constitutive equations، the problem can be solved numerically using the Matrix Inversion Method (MIM)، extended to viscoelastic indentation case and with exactly satisfying the boundary conditions. Comparison of the numerical results with analytical ones for loading-unloading procedure of spherical indenters، shows the efficiency of the method in case of a prescribed penetration as well as given load history.
  • R. Mohammadzadeh, A. Akbari Page 11
    Plasma nitriding behavior and wear resistance of full annealed and quenched-tempered AISI M2 steel samples have been investigated after radio frequency plasma nitriding at 450 °C during 8 hr at 75% N2 + 25 %H2 gas mixture. XRD analysis revealed formation of ε phase on the top surface of the both nitrided samples. Nitrided case depth was determined from cross-sectional microhardness profiles. Sliding wear tests were performed in a ball-on-disk tribometer at 25°C using a 5 mm diameter Al2O3 ball under applied load of 8 N، sliding speed of 0. 05 ms-1، and sliding distance of 1000 m. It was observed that on full annealed samples nitride case has lower surface hardness and thicker case depth. Also after plasma nitriding full annealed samples exhibit higher wear resistance and lower weared material volume than quenched-tempered ones. The results were discussed based on the microhardness and estimated residual stress profiles.
  • J. Daneshi, A. R. Nasr, Esfahany, A. H. Jafari Page 23
    In this research a nanocomposite coating with a Nickel background at the presence of nano alumina and at the presence of ultrasonic stirrer during coating were carried out by pulse electroplating. The coating morphology was then examined by a scanning electron microscope (SEM). The wear behavior of the coating was first evaluated by Pin on Plate method and then its corrosion behavior was evaluated by electrochemical impedance (EIS). Results showed that the highest weight neutral particles in the coating when using ultrasonic mixer and fully connected with the intensity 63 w/cm،2 by using ultrasonic mixer during the development of coated lump would will preveuted wearing and mechanism type is scratched. The results showed that it was possible to attain a nano composite coating with a better quality with regard to its morphology، wear، and mechanical properties in an optimal state with better severity of the ultrasonic stirring as compared with the severity of other ultrasonic stirrers as well as a magnetic stirrer.
  • H. Minouei, M. Meratian, M.H. Fathi, H. Ghazvinizadeh Page 31
    The biphasic calcium phosphate (BCP) yields higher bioactivity and efficiency than the Hydroxyapatite (HA) alone. The HA/β-TCP ratio significantly affects BCP bioactivity as well as the extent of BCP resorption. In this study، the BCP coating on ASTM F-75 cobalt base alloy during the investment casting process was investigated. For this purpose، molten metal was poured at 1470 °C into previously coated investment molds preheated to 750، 850، 950، 1050 °C in order to investigate the effect of mold preheating temperatures on coating phase transformations. For in vitro evaluation، samples were immersed in the simulated body fluid (SBF) at 37 °C for 4 weeks and characterized by XRD، SEM، EDS، and optical microscopy. The weight percentages of HA and β-TCP of the specimens were calculated to find that the HA/β-TCP ratio significantly depended on the mold preheating temperature as it caused changes in the dissolution behavior of BCP coating and the bone-like apatite precipitation on coating during in vitro evaluation.
  • M. Kashefi, S. Kahrobaee, A. Saheb Alam Page 41
    Decarburization has undesirable effects on mechanical properties of steel parts such as hardness، wear and fatigue resistance. At least، one treatment stage at high temperature such as hot forging or heat treatment is predicted in almost any production process of industrial parts. As a result، determination of depth of the decarburized layer is especially important from practical point of view. Traditional destructive methods of determining depth of this layer، include metallographic or hardness test which are time-consuming and costly. Eddy current test is a non-destructive technique which is performed rapidly. Since its response is sensitive to chemical composition and microstructure of the material under consideration of non-destructive method can be used in determining depth of the decarburized layer in steel parts due to difference in the microstructures and as a result in magnetic properties of the decarburized layer with other parts of specimen. In this study Fe–0. 45 wt. % C steel was held in 900°C for different period of time and depth of these layers were determined by using three
    Methods
    microscopic observations، hardness test measurements and non-destructive eddy current technique. The results were compared to each other. In present research، the respond of test samples to induction current including primary and secondary voltages، normalized impedance and harmonics are considered and examined. Results show acceptable accuracy in comparison with two other destructive methods.
  • M. Heydari Gharahcheshmeh, M. Heydarzadeh Sohi Page 51
    The corrosion behavior of Zn and Zn-Co alloy electrodeposits that were obtained from weakly alkaline glycine solutions has been studied. SEM، EDS and XRD were used to study of surface morphology، chemical composition and phase structure of the coatings. Corrosion behavior of Zn and Zn-Co alloy coatings were studied by Tafel polarization experiment in 3. 5 wt. % NaCl solution. The results showed that increasing of current density during deposition، increases cobalt content of the coating. It was also shown that increasing of current density، up to a value، decreases the grain size and further increase in current density increases grain size of the deposit. It was also noticed that corrosion resistance of deposits were highly influenced by the composition and morphology of the coatings. Zn-Co deposit containing 0. 87 wt. % Co showed the highest corrosion resistance due to its single phase and finer structure.
  • N. Koupaei, M. Tamizifar, M. Salehi Page 61
    Plasma sprayed hydroxyapatite (HA) coating on titanium alloy substrate have been used extensively due to their excellent biocompatibility and osteoconductivity. However, the erratic bond strength between HA and Ti alloy has raised concern over the long-term reliability of the implants. In this study HA-Ti composite powder with 50 wt% Ti prepared by mechanical alloying and it was deposited on to Ti alloy by means of atmospheric plasma spraying. Also the influence of spraying current on the characteristics of the composite coatings was investigated. Structural characterization techniques including XRD and SEM were utilized to investigate the microstructure, morphology and phase composition of the coatings. Also microhardness of the composite coatings was studied. The investigation showed that the composite coating sprayed at a current of 600 A and a stand-off distance of 10 cm possessed the most value of microhardness and bond strength. Also it possessed the highest quality in terms of amount of porosity and the surface morphology.
  • D. Ahmadkhaniha, F. Mahboubi Page 69
    This project was an attempt to evaluate the effect of plasma nitriding on properties of electroless Ni-B coatings. For this purpose electroless Ni-B coatings were deposited from an alkaline bath on 4140 AISI substrate. Then, coatings were annealed under controlled atmosphere and plasma nitrided by two methods (conventional and active screen) at 450 and 500°C temperatures. Microstructure, surface roughness, microhardness and wear resistance of the coatings were examined. Results showed that amorphous Ni-B coatings changed to crystalline nickel and nickel borides by annealing and plasma nitriding, microhardness increases and wear rate decreased. Although plasma nitriding increased surface roughness more than annealing, but it improved wear resistance due to increase in the microhardness of the coatings. It was also found that the active screen plasma nitriding in comparison to annealing and conventional plasma nitriding decreased the surface roughness and improved wear resistance.
  • B. Farabi Khoshmehr, N. Parvini Ahmadi Page 79
    In the present study the effect of Silicate Sodium oxidation agent concentration and Plasma Electrolytic Oxidation (PEO) treatment time were investigated on properties of oxide layer on Aluminum alloy. The phase composition and surface morphology of PEO films were evaluated through x-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM). Pin on Plate abrasive machine were used to investigate the resistance of coating. The results showed that oxide layer which formed on Aluminum surface consist of high temperature α- Al2O3 and γ- Al2O3 phases. The diffraction peak intensity and percentage of these phases were increased by increasing silicate sodium concentration. Microscopic studies revealed a porous surface for PEO coating. This was affected by silicate sodium concentration and oxidation time. The wear test results showed that the weight loss of PEO coating was reduced due to improvement of their wear resistance.