فهرست مطالب

علوم و مهندسی سطح ایران - پیاپی 22 (1393)
  • پیاپی 22 (1393)
  • تاریخ انتشار: 1394/01/25
  • تعداد عناوین: 9
|
  • فاطمه اسکندری، مهدی رنجبر*، پرویز کاملی، هادی سلامتی صفحات 1-11
    در این پژوهش لایه های نازک اکسید روی آلائیده با آلومینیوم به غلظت های 0، 3، 6 و 12 درصد مولی آلومینیوم به روش سل ژل بر روی زیرلایه شیشه ساخته شد. لایه های آماده شده در دماهای °C500-300 به مدت یک ساعت در هوا پخت شدند. پراش پرتو ایکس (XRD) ساختار بلوری ورتسایت هگزاگونال برای لایه های بازپخت شده در دمای بالاتر از °C 400 نشان داد. سپس لایه ها تحت تابش پرتو لیزر (nm 248 = λ، KrF) قرار گرفتند. تحول ساختار بلوری و مورفولوژی سطح با استفاده از XRD، میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدان (FE-SEM) انجام شد. اندازه گیری زمان پاسخ جریان الکتریکی در طول تابش پرتو لیزر مقاومت پایا و گذرا وابسته به نوع نمونه را نشان می دهد. اثر انرژی لیزر بر رسانندگی فوتونی نیز بررسی شد و با استفاده از طیف فوتولومینسانس (PL) و طیف سنجی فوتوالکترون پرتو ایکس (XPS) اثر رسانندگی فوتونی ناشی از پرتو لیزر مورد بررسی قرار گرفت.
    کلیدواژگان: ZnO آلائیده با Al، سل ژل، تابش لیزر اگزایمر، رسانندگی فوتونی، XRD، FE، SEM
  • حسین جمالی*، رضا مظفری نیا، رضا شجاع رضوی، راحله احمدی پیدانی صفحات 13-23
    هدف از این پژوهش، بررسی رفتار خوردگی داغ پوشش های سد حرارتی زیرکنیای پایدار شده با ایتریا (YSZ) پاشش پلاسمایی شده در حضور نمک مذاب سولفات- وانادات است. برای این منظور، زیرلایه هایی از جنس اینکونل 738LC، ابتدا با آستری NiCoCrAlY و سپس با پوشش رویی YSZ به کمکفرآیند پاشش پلاسمایی اتمسفری (APS) رسوب داده شد. آزمون خوردگی داغ در حضور مخلوط نمک Na2SO4 + V2O5 روی سطح پوشش YSZ در دمای C° 1000 به مدت 30 ساعت انجام گرفت. به منظور بررسی رفتار خوردگی داغ، مشخصه یابی ریزساختاری توسط میکروسکپ الکترونی روبشی (SEM)، آنالیز عنصری به کمک طیف سنجی تفکیک انرژی (EDS) و آنالیز فازی به کمک پراش سنجی پرتو ایکس (XRD) انجام گرفت. بر اساس نتایج، واکنش نمک مذاب با پایدارکننده زیرکنیا (Y2O3) و تشکیل کریستال های YVO4، استحاله فازی مخرب زیرکنیا از تتراگونال به منوکلینیک به علت تهی شدن پایدارکننده و در نهایت ایجاد تنش های حرارتی و فیزیکی به عنوان مکانیزم تخریب پوشش های سرامیکی YSZ در حضور نمک مذاب سولفات- وانادات تشخیص داده شد.
    کلیدواژگان: زیرکنیای پایدار شده با ایتریا، پوشش سد حرارتی، خوردگی داغ، پاشش پلاسمایی
  • مسعود مصلایی پور، فاطمه بداغی* صفحات 25-34
    از مهم ترین عوامل تخریب قطعات صنعتی می توان به پدیده سایش سطوح اشاره نمود. تولید این قطعات از آلیاژهای مقاوم به سایش موجب مشکلاتی از قبیل افت چقرمگی و افزایش هزینه های تولید می شود. بنابراین امروزه استفاده از فرآیندهای مختلف روکش کاری برای بهبود مقاومت به سایش سطوح مورد توجه بسیاری از پژوهشگران واقع شده است. در این پژوهش با استفاده از فرآیند جوشکاری قوسی تنگستن-گاز (GTAW) و مفتول های برشکاری شده به قطر 2±0.5 mm از چدن خاکستری، یک لایه روکش چدنی بر سطح فولاد ساده کربنی ایجاد شد و تاثیر شدت جریان جوشکاری و دبی دمش گاز محافظ بر خواص روکش مذکور مورد ارزیابی قرار گرفت. مطالعات فازی توسط آزمون تفرق اشعه X و بررسی های ریزساختاری انجام شده توسط میکروسکوپ نوری و الکترونی روبشی(SEM) حاکی از تشکیل یک لایه چدن سفید با زمینه پرلیتی ظریف و کاربید آهن در نواحی بین دندریتی در لایه روکش چدنی است. آزمون های مکانیکی انجام شده بر روی نمونه ها (آزمون سایش و سختی سنجی) دلالت بر افزایش چشمگیر سختی و مقاومت به سایش نمونه های روکش کاری شده دارد. مطالعات سطوح سائیده شده حاکی از غالب بودن مکانیزم سایش رفتگی در نمونه ها بود.
    کلیدواژگان: سایش، روکش کاری، GTAW، روکش چدنی، سختی
  • فاطمه علیشیر*، سیدحسین نکومنش فرد، حمید اسدی صفحات 35-40
    در این تحقیق پوشش های مس با استفاده از فرآیند پاشش سرد، تحت شرایط مختلف تهیه شدند. ریز ساختار این پوشش ها با استفاده از میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی بررسی شدند. علاوه بر این، آنالیزگرماسنج روبشی تفاضلی (DSC) و گرماوزن سنجی (TG) برای ارزیابی کیفیت پوشش بخصوص مقدار ناحیه متصل شده بین ذرات به کار رفت. نتایج میکروسکوپ الکترونی روبشی نشان داد که پوشش های تهیه شده از پودرهای الکترولیتی مرزهای داخلی بیشتری داشته و در نتیجه در یک مقدار مشخص از کسر نواحی متصل شده، مقدار کلی نواحی متصل نشده در آن ها بیش تر است. نتایج DSC، واکنش هایی گرمازا در دماهای مشخص نشان می دهد که با شرایط پاشش و برخی خصوصیات ریزساختاری مشاهده شده ارتباط دارد. بدین طریق که نمونه های تهیه شده در فشار بالاتر، نواحی عدم اتصال کمتری دارند و این قضیه توسط هر دو آنالیز حرارتی (DSC و TGA) اثبات شده است. همچنین مشخص شده که پودرهای کروی نسبت به پودرهای الکترولیتی پوشش های متراکم تری تشکیل می دهند. بنابراین می توان نتیجه گیری کرد که آنالیز حرارتی برای ارزیابی کیفیت پوشش و به خصوص تعیین مقدار نواحی متصل شده در پوشش های پاشش سرد قابل استفاده است.
    کلیدواژگان: پاشش سرد، پودر مس الکترولیتی و کروی، گرماسنج روبشی تفاضلی، گرماوزن سنج، کسر نواحی متصل شده
  • بهروز موحدی* صفحات 41-51
    در این مقاله پژوهشی شاخص بلورینگی و خواص فیزیکی - مکانیکی پوشش های پاشش حرارتی از پودر خودگداز Stellite® SF6 پایه کبالت که توسط فرآیندهای پاشش پلاسمایی (APS) و شعله ای پرشتاب (HVOF) بر زیر لایه های فولاد ساده کربنی اعمال شده مورد ارزیابی قرار گرفته است. از روش های نوین مشخصه یابی مانند پراش پرتو ایکس (XRD)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و عبوری (TEM) و همچنین آزمون آنالیز حرارتی از نوع کالریمتری روبشی تفریقی (DSC) به منظور مطالعه ریزساختار و تغییر و تحولات فازی در حین فرآیندهای پاشش حرارتی بهره گرفته شده است.بررسی های آنالیز فازی نشان داد که فاز غالب در پوشش های پاشش حرارتی محلول جامد -Coαبا ساختار مکعبی با وجوه مرکزدار ((FCC است که به همرا آن فاز آمورف نیز در زمینه ساختار بلوری در نتیجه انجماد سریع ذرات پودر در حین برخورد به سطح زیر لایه بوجود آمده است. شاخص بلورینگی برای پوشش های APS و HVOF به ترتیب 75% و 80% محاسبه شد. وجود فاز آمورف در زمینه پوشش ها، منجر به افزایش سختی آن ها شده است. میانگین ریز سختی برای پوشش های HVOF حدود 800 و برای پوشش های APS حدود 500 بر اساس معیار ویکرز برآورد شده است. همچنین درصد تخلخل در پوشش های HVOF 0/11±2/12 و در پوشش های APS 0/73±5/52 بدست آمد. نتایج آزمون استحکام چسبندگی نشان داد که در پوشش های APS شکست به صورت چسبنده و در فصل مشترک پوشش با زیرلایه و در پوشش های HVOF شکست در داخل چسب و یا در فصل مشترک چسب و پوشش به وقوع پیوسته است.
    کلیدواژگان: پوشش خودگداز پایه کبالت، APS، HVOF، شاخص بلورینگی
  • مهیار زینلی راد، سعیر رضا الله کرم*، سهیل مهدوی، محمد صالح جمشیدی صفحات 53-62
    پوشش های Co-P با توجه به خواص مطلوبشان بعنوان جایگزینی مناسب برای پوشش های کروم سخت مطرح اند. در این تحقیق پوشش های Co-P نانوکریستال و آمورف با جریان مستقیم برروی زیر لایه ای از فولاد ساده کربنی اعمال شده و مورفولوژی آن ها مورد بررسی قرار گرفت. تاثیر مقدار pH برروی مورفولوژی، راندمان جریان، میزان فسفر، سختی و جهت گیری ترجیحی پوشش ها بررسی شد. همچنین تاثیر عملیات حرارتی بر روی ریزساختار و سختی پوشش های نانوکریستالی و آمورف مطالعه گردید. نتایج نشان داد که با افزایش pH از 1 تا 4 با وجود افزایش راندمان جریان تا 98%، مقدار فسفر و سختی پوشش ها کاهش یافت. همچنین جهت گیری ترجیحی تغییر کرده و مورفولوژی پوشش ها از حالت کروی به حالت سوزنی تبدیل شد. سختی پوشش های نانوکریستالCo-P در حالت بهینه حدود 600 ویکرز و برای پوشش هایی با ساختار آمورف 750 ویکرز بدست آمد که با انجام عملیات حرارتی به ترتیب تا میزان 760 و 1090 ویکرز افزایش یافتند.
    کلیدواژگان: آبکاری الکتریکی، پوشش های Co، P، pH، عملیات حرارتی، سختی
  • محمد قربان پور* صفحات 63-70
    این تحقیق روشی ساده برای تولید نانوساختارهای دولایه نقره/طلای تثبیت شده بر روی سطح شیشه، جهت استفاده در حسگرهای تشدید پلاسمون سطح، ارایه می کند. بدین منظور ضخامتهای مختلفی از نقره بر روی سطح شیشه کندوپاش شده و سپس در دماهای 150 و C°300 بمدت 2، 3 و 4 ساعت در اتمسفر هوا حرارت دهی شد. نانوساختارهای بدست آمده توسط میکروسکوپ نیروی اتمی و اسپکتروفتومتر طیف جذبی آنالیز شدند. حرارت دهی موجب تغییر رنگ ظاهری نمونه ها و افزایش طول موج رزونانس آنها بطرف طول موجهای بلندتر شد یا به اصطلاح بطرف قرمز تغییر کرد. با افزایش دما و زمان حرارت دهی طول موج رزونانس افزایش بیشتری یافته و قطر نانو ذرات تشکیل شده بر روی سطح بیشتر شد.
    کلیدواژگان: تشدید پلاسمون سطح متمرکز، نانوساختار، ضخامت، حرارت دهی، طلا، نقره
  • غلامرضا زیره پور*، رضا شجاع رضوی صفحات 71-79
    در این پژوهش سطوح نمونه های فولاد 420AISI با پرتو لیزر یاگ پالسی سخت کاری شدند و پس از محاسبه پارامترهای بهینه سخت کاری و بهبود سختی نسبت به مطالعات پیشین با لیزر یاگ پالسی، رفتار خوردگی حفره دار شدن سطوح سخت شده و خام مقایسه شد. جهت تعیین ریزساختار، از میکروسکوپ نوری و الکترونی روبشی کمک گرفته شد؛ ضمن این که از آزمون پلاریزاسیون سیکلی برای بررسی رفتار خوردگی الکتروشیمیایی نمونه ها استفاده شد. نتایج نشان داد که عملیات سطحی لیزری سبب ایجاد ریزساختار مارتنزیتی- آستنیتی و حذف/ توزیع مجدد کاربیدها شد و سختی سطحی بالای 700 ویکرز را به ارمغان آورد. منحنی های پلاریزاسیون، افزایش پتانسیل به میزان mV 113 را نشان دادند. مشاهده شد که این فولاد حتی بعد از عملیات لیزری، قابلیت پسیو مجدد را دارا نیست.
    کلیدواژگان: فولاد زنگ نزن مارتنزیتی 1.4021، سخت کاری سطحی لیزری، خوردگی الکتروشیمیایی، قابلیت پسیو مجدد
  • مجید رهگذر*، علیرضا ذاکری، سید ابوالفضل سجادی صفحات 81-92
    در سال های اخیر پوشش نیکل-بور الکترولس به عنوان پوششی مقاوم به سایش و دارای میکروسختی بالا توجه خاصی را به خود جلب کرده است. در تحقیق حاضر اثر غلظت اتیلن دی آمین، محلول آمونیاک و محلول پایدارکننده حاوی سرب روی میکروسختی پوشش نیکل-بور الکترولس در شرایط عملیات حرارتی شده با به کارگیری طرح عاملی دوسطحی با سه نقطه مرکزی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که غلظت اتیلن دی آمین روی میکروسختی پوشش اثری نداشته، اما به پایداری بیشتر حمام آبکاری در حضور آمونیاک منجر شده است. محلول پایدارکننده مهم ترین عامل در افزایش میکروسختی پوشش نیکل-بور الکترولس مورد بررسی بود. همچنین اثر متقابل آمونیاک و محلول پایدارکننده در افزایش میکروسختی پوشش قابل توجه است. بالاترین میکروسختی به دست آمده برای پوشش HV 1358 بود که در حضور بیشینه مقدار محلول آمونیاک و پایدارکننده در حمام آبکاری به دست آمد. تصویر SEM از سطح پوشش بیانگر ساختاری قلوه سنگی است. همچنین الگوی پراش اشعه ایکس نشان داد که ساختار پوشش عملیات حرارتی شده دارای ابعاد نانومتری و متشکل از ذرات B3Ni، B2Ni و به احتمال زیاد ذرات نیکل بلورین است.
    کلیدواژگان: پوشش نیکل، بور الکترولس، میکروسختی، ساختار قلوه سنگی، بورید نیکل
|
  • F. Eskandari, M. Ranjbar*, P. Kameli, H. Salamati Pages 1-11
    In this paper Al doped ZnO (AZO) thin films with 0, 3, 6 and 12% Al molar concentration were prepared by sol-gel process on glass substrates. The deposited films were annealed at different temperatures of 300-500 ˚C for 1 h in air. X-ray diffraction (XRD) showed wurtzite crystalline structure for the films annealed above 400 ˚C. Then the films were irradiated by beams of excimer (KrF, λ=248 nm) laser. The evolution of crystal structure and surface morphology were studied using XRD and filed emission scanning electron microscope (FE-SEM). The real-time measurement of electrical conductivity during laser irradiation showed a transient or persistent photoconductivity depending on sample type. The effect of laser energy on photoconductivity was also investigated. Using photoluminescence (PL) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) spectra, the laser induced photoconductivity effect was discussed.
    Keywords: Al doped ZnO (AZO), Sol, gel, Excimer Laser irradiation, Photoconductivity, XRD, FE, SEM
  • H. Jamali*, R. Mozafarinia, R. Shoja, Razavi, R. Ahmadi, Pidani Pages 13-23
    The purpose of this study is investigation of hot corrosion behavior of plasma-sprayed yttria stabilized zirconia (YSZ) thermal barrier coatings in the presence of molten sulfate-vanadate salt. For this intention, NiCoCrAlY bond coat and followed by YSZ top coat were deposited on Inconel 738LC substrates by atmospheric plasma spraying (APS). Hot corrosion test was carried out on the surface of YSZ coating in the presence of salt mixture of Na2SO4 + V2O5 at 1000 °C for 30 h. To investigate hot corrosion behavior, microstructural characterization by scanning electron microscope (SEM), elemental analysis by energy dispersive spectroscopy (EDS) and phasic analysis by x-ray diffractometry (XRD) were done. Based on the results, reaction between molten salt and stabilizer of zirconia (Y2O3) and formation of YVO4 crystals, the detrimental phase transformation of zirconia from tetragonal to monoclinic due to depletion of stabilizer and finally creation of thermal and physical stresses was recognized to degradation mechanism of YSZ ceramic coatings in the presence of molten sulfate-vanadate salt.
    Keywords: Yttria stabilized zirconia, Thermal barrier coating, Hot Corrosion, Plasma spraying
  • M. Mosallaeepour, F. Bodagi* Pages 25-34
    In the present research, cast iron cladding of low carbon steel was carried out. Filler metals were cut from as-casting cast iron block and cladding was carried out by using gas tungsten arc welding (GTAW) process. Effect of welding parameters on the cladding characteristics was studied experimentally. Microstructural investigation accompanied with XRD analysis indicated that fine pearlitic structure with inter-dendritical cementite was formed in the clad layer. Microhardness and wear resistance investigation of clad layer illustrated that the cast iron overlayer on low carbon steel could improve the surface properties of the cladded samples significantly. Microstructural observations of worn surface indicate that the mechanism of wear was predominantly abrasive one.
    Keywords: Wear, Cladding, GTAW, Cast iron clad, Hardness
  • F.Alishir*, H. Nekoumanesh, H. Assadi Pages 35-40
    In this study copper coatings were deposited by cold spraying, under different spraying conditions. Microstructure of the coatings was investigated by optical and scanning electron microscopy. Additionally, differential scanning calorimetry (DSC) and thermal gravimetric analysis were used to examine the quality of the coatings, especially with regards to the extent of the bonded area between the particles. As shown in SEM results, the electrolytic-powder exhibited a much higher population of internal boundaries, as compared to the spherical powder sample. This means that even for identical values of FBA for both types of sample, the electrolytic sample would contain a larger amount of non-bonded areas per unit volume. The results of DSC indicated exothermic reactions at certain temperatures that maybe related to spray conditions and microstructural properties. The samples sprayed at higher pressures, have lower non bonded areas. TGA also has confirmed this result. Moreover, it can be concluded, the spherical powders cause more compact coatings. So, thermal analysis can be utilized reliably to examine the fraction of bonded areas in cold-sprayed deposits.
    Keywords: Cold spray, Differential scanning calorimetry, Thermal gravimetric analysis, Fraction of bonded area
  • B. Movahedi* Pages 41-51
    In this research paper the crystallinity-index and physical-mechanical properties of Co-based self-fluxing thermal spray coatings produced using APS and HVOF on low-carbon steel substrates were investigated. Advanced characterization methods such as XRD, SEM and TEM as well as DSC thermal analysis were used to evaluate the evolution of phase transformation during thermal spraying processes. The phase analysis results show that the main phase of the thermal spray coatings was α-Co solid solution with FCC crystal structure as well as amorphous phase that produced during rapid solidification of particles over the course of flying on impacting to the substrate. The Crystallinity-index for APS and HVOF coatings was computed around 75% and 80% respectively. The existence of amorphous phase in the matrix was yielded to increase the hardness of the coatings. The average microhardness was estimated around 800 and 500 Vickers for HVOF and APS coatings respectively. In addition the porosity content percentage was calculated about 2.12±0.11 for HVOF and 5.52±0.73 for APS coatings. The adhesion strength test showed that for the APS coating fracture was happened in the interface of the coating / substrate in the form of adhesive, however, for HVOF coating fracture was occurred in glue or the interface of the glue / substrate.
    Keywords: Co, based Self, Fluxing Coating, HVOF, APS, Crystallinity, Index
  • M. Zeinali Rad, S.R. Allahkaram, S. Mahdavi Pages 53-62
    Co-P electrodeposites are appropriate substitute for hard chromium coatings due to their suitable properties. In this study, nano-crystalline and amorphous Co-P coatings were deposited on plain carbon steel substrates using a direct current and their morphology was examined. The effect of pH on morphology, current efficiency, phosphorus content, hardness and preferred orientation of the coatings were investigated. Moreover, the effect of heat treatment on microstructure and hardness of the nano-crystalline and the amorphous coatings was studied. The results showed that, phosphorus content and hardness of the coatings were decreased by increasing the pH from 1 to 4 in spite of an enhancement in the current efficiency up to 98%. Preferred orientation and morphology of the coatings were also changed by increasing of pH values. Hardness numbers of the amorphous and the nano-crystalline coatings, deposited at the optimum condition, were about 750 and 600 HV, respectively. These values were increased and reached 1090 and 760 HV by heat treatment.
    Keywords: Electrodeposition, Co, P coatings, pH, Heat treatment, Hardness
  • M. Ghorbanpour* Pages 63-70
    This work represents a simple method for production of bilayer Au/Ag nanostructures used in localized surface Plasmon resonance sensors. Different thickness of Au and Ag were sputter-deposited on cleaned glass slides and annealed at 150°C and 300°C using an electrical furnace in ambient air for 2, 3 and 4 h. The analysis of the surface topology and optical property was performed by AFM apparatus and UV-visible spectrometer. Annealing changed appearance color of samples and red shifted the resonance wavelength. By increasment of annealing time and temperature, the resonance wavelength and the mean size of produced particles on the surface increased.
    Keywords: surface plasmone resonance, nanostructure, thickness, annealing, gold, silver
  • Gh. Zirehpour*, R. Sh. Razavi Pages 71-79
    In this study, the surface of the samples were hardened by pulsed Nd:YAG laser. After determination of optimal parameters of laser transformation hardening of mentioned steel and improving in hardness compared to previous studies by pulsed Nd:YAG laser, the pitting corrosion behavior of hardened and as received surfaces were compared. SEM and Optical microscopic studies were done to study the microstructure. Cyclic polarization tests were used to study the electrochemical corrosion behavior. The result showed that in the result of solid- state transformation and refining of carbides in the steel matrix, improvement in the depth and surface hardness was obtained and the hardness of about 700 Vickers in the surface was gained. The polarization curves showed increased 113mV in potential. It was observed that this steel didn’t have repassivation capability even after laser surface hardening.
    Keywords: AISI420 Martensitic stainless steel, Laser surface hardening, Electrochemical corrosion, Repassivation
  • M. Rahgozar*, A. Zakeri, S.A. Seyed Sadjadi Pages 81-92
    In recent years, electroless Ni-B coatings have attracted much attention because of their wear-resistance and having high hardness. In the present research, using a two-level factorial design with three center points, the effect of ethylenediamine, ammonia and stabilizer solutions concentration on microhardness of the coatings in heat-treated condition was studied. The results showed that ethylenediamine concentration had no effect on the microhardness, but it made the electroless plating solution more stabilized. The stabilizer solution had the highest main-effect in increasing the microhardness. Also the interaction between ammonia and stabilizer solutions was significant. The maximum achieved microhardness for the coatings was 1358 HV which had been achieved when the ethylenediamine and ammonia concentrations were at their highest level. Scanning electron microscopy revealed that the microstructure was granular. Also the X-Ray diffraction analysis showed that the microstructure of the coating is nano-scaled and consisted of Ni3B, Ni2B and probably crystalline Ni grains.
    Keywords: Electroless Nickel, Boron, microhardness, granular structure, nickel boride