%34تخفیف

دانلود پروژه: بررسي پارامترهاي موثر در اعمال لايه نازک نانو ساختار کاربيد تيتانيم به روش پلاسما CVD و مطالعه رفتار تريبولوژي و خوردگي آن

تعداد 163صفحه در فایل word

 

دانشکده :  فنی و مهندسی

       رساله دكتري رشته: مهندسی مواد    گرایش: خوردگی و حفاظت از فلزات

 

بررسي پارامترهاي موثر در اعمال لايه نازک نانو ساختار کاربيد تيتانيم به روش پلاسما CVD و مطالعه رفتار تريبولوژي و خوردگي آن

چکيده

پارامترهاي مختلفي بر روي خواص ساختاري، فازي و همچنين خواص سايشي و خوردگي پوشش کاربيد تيتانيم  تاثير گذار هستند. در اين رساله با استفاده از روش پلاسما CVD يک لايه نازک کاربيد تيتانيم بر روي زيرلايه فولادي اعمال گشته و سپس خواص ساختاري و فازي پوشش کاربيد تيتانيم با استفاده از SEM، XRD XPS ومنحني رامان و همچنين خواص نانومکانيکي، رفتار سايشي و خوردگي پوشش کاربيد تيتانيم به ترتيب با استفاده از AFM، تست سايش پين بر روي ديسک و تست هاي پلاريزاسيون و امپدانس مورد بررسي قرار گرفته است. مطابق نتايج بدست آمده نوع ترکيب، شبکه کريستالي و نوع بافت کريستالي مهمترين عامل در تغيير خواص مکانيکي پوشش (همانند مدول الاستيک) در مقياس نانومتري مي­باشد، همچنين نتايج نشان دهنده،تشکيل يک لايه همگن و يکنواخت نانو ساختار با بافت مرجح (200)، ضخامت 4 ميکرون، اندازه ذرات در محدوده 6 نانومتر، ضريب اصطکاک در محدوده 0.2 و پتانسيل خوردگي در محدوده 10 ميلي ولت نسبت به الکترود مرجع SCE در مدت زمان پوشش­دهی 120 دقيقه است. دماي پوشش­دهي و چرخه کاري تاثير قابل توجهي بر روي رفتار سايشي و خوردگي پوشش کاربيد تيتانيم دارند، بطوريکه با افزايش دماي پوشش­دهي از 470 درجه سانتيگراد تا 510 درجه سانتيگراد، چسبندگي پوشش حداقل 10 درصد و مقاومت در برابر تغيير فرم پلاستيک پوشش حداقل 22 درصد کاهش يافته و افزايش چرخه کاري از 33 درصد به 50 درصد، منجر به تغيير بافت مرجح (200) و افزايش شدت بافت (111) گرديده است. بهترين پوشش از لحاظ رفتار سايشي، در چرخه کاري 50 درصد و دماي 490 درجه سانتيگراد و از لحاظ خوردگي در چرخه کاري 40 درصد و دماي 490 درجه سانتيگراد حاصل شده است.

کلمات کليدي: پوشش نانوساختار، کاربيد تيتانيم، پلاسما CVD، خواص نانو مکانيکي، خواص سايشي، خواص خوردگي

فهرست مطالب

 عنوان                                                                                                                                            صفحه

فصل اول

مقدمه 1

فصل دوم

مروري بر منابع 6

2-1. آشنايي با کاربيد تيتانيم. 7

2-2. کاربردهاي پوشش کاربيد تيتانيم (TiC) 11

2-3. روش پلاسما CVD.. 13

2-3-1. اصول فرايند رسوبدهي شيميايي از فاز بخار به کمک پلاسما 14

2-3-2. انواع پلاسما CVD از جنبه نوع پلاسما 15

2-3-3. مزايا و معايب روش پلاسما CVD.. 19

2-3-4. واکنش¬هاي شيميايي پوشش¬دهي کاربيد تيتانيم در فرايند پلاسما CVD.. 21

2-4. پوشش¬هاي نانوساختار و نانوکامپوزيتي کاربيد تيتانيم. 22

2-4-1. ميزان عناصر C وTi، فازهاي ترکيبي و تأثير آنها بر خواص مکانيکي و تريبولوژيکي.. 22

2-4-2. حضور ناخالصيها و افزودنيها و تأثير آنها بر خواص مکانيکي و تريبولوژيکي.. 28

2-5. خواص سايشي و تريبولوژيکي پوشش¬هاي کاربيد تيتانيم. 30

2-5-1 .خواص تريبولوژيکي در تماس لغزشي.. 31

2-5-2. خواص تريبولوژيکي در تماس غلتشي.. 32

2-5-3. مقاومت به سايش فرسايشي و خراشي.. 33

2-6. تحقيقات انجام شده در زمينه کاربيد تيتانيم در دهه اخير. 34

فصل سوم

روش تحقيق 38

3-1. مقدمه. 39

3-2. آماده سازي نمونه­ها 41

3-3. روش پلاسما CVD.. 42

3-3-1. تجهيزات دستگاهي و مشخصات آن. 43

3-3-2. پيش مادههاي اوليه. 44

3-4. طراحي آزمايش… 45

3-4-1. اعمال پوشش کاربيد تيتانيم. 45

3-5. روشهاي ارزيابي پوشش كاربيد تيتانيم (TiCX) 48

3-5-1. بررسي ساختار فازي و ترکيب شيميايي پوشش… 48

3-5-2. بررسي مورفولوژي پوشش… 49

3-5-3 آزمون AFM… 50

3-5-4. آزمون ميکروسختي سنجي و چسبندگي.. 50

3-5-5. آزمون سايش پين بر روي ديسک… 51

3-5-6. بررسي رفتار خوردگي.. 51

فصل چهارم

نتايج و بحث 53

4-1. ايجاد پوشش کاربيد تيتانيم. 54

4-1-1. مشخصات ظاهري پوشش کاربيد تيتانيم. 54

4-2. بررسي خواص فازي و ساختاري پوشش کاربيد تيتانيم. 56

4-3. ميکروساختار لايه کاربيد تيتانيم در فرايند پلاسما CVD.. 78

4-3-1. تاثير متغيرهاي فرايند بر روي ساختار پوشش… 88

4-4. بررسي فصل مشترک پوشش کاربيد تيتانيم. 91

4-5. بررسي خواص نانومکانيکي (سختي و خراش) پوشش نانو ساختار کاربيد تيتانيم. 92

4-6. بررسي رفتار سايشي پوشش نانو ساختار کاربيد تيتانيم در مقياس ماکرو 105

4-7. تاثير متغيرهاي فرايند پوششدهي بر روي خواص سايشي پوشش… 121

4-8. بررسي رفتار خوردگي پوشش نانو ساختار کاربيد تيتانيم. 124

4-8-1. تاثير چرخه کاری بر روي رفتار خوردگي پوشش کاربيد تيتانيم. 125

4-8-2. تاثير دماي پوشش­دهي بر روي رفتار خوردگي پوشش کاربيد تيتانيم. 132

فصل پنجم

نتيجه گيري 140

پيشنهادها 143

منابع. 144

فهرست شکل­ها

 

 

عنوان                                                                                                                                            صفحه

فصل دوم

مروري بر منابع 6

شکل 2-1. دياگرام تيتانيم – کربن.. 9

شکل 2-2. ساختار کريستالي کاربيد تيتانيم مکعبي (TiC) 10

شکل2-3. دياگرام انرژي آزاد سيستم تيتانيم – کربن.. 11

شكل 2-4. دياگرام انرژي فعال سازي CVD حرارتي (خط) و پلاسما (خط چين) 18

شکل 2- 5 رابطه بين ميزان کربن موجود در پوشش¬هاي TiCx/a-C و نسبت فشارهاي جزئي.. 24

شکل 2- 6. ريزسختي و مدول الاستيک پوشش¬هاي TiCx/a-C برحسب کربن موجود. 25

شکل 2- 7 ضريب اصطکاک بدست آمده از آزمايش پين بر روي ديسک براي ترکيب¬هاي مختلف.. 26

شکل 2-8. نرخ سايش خراشي و ضريب اصطکاک پوشش¬هاي مختلف]40[. 28

شکل 2- 9. ضريب اصطکاک و نرخ سايش در آزمايش پين بر روي ديسک در تماس لغزشي.. 31

شکل 2-10. منحني XRD پوشش هاي مختلف کاربيد تيتانيم (TiCX) 35

فصل سوم

روش تحقيق 38

شکل 3-1. نمودار روند انجام آزمايشها. 40

شكل 3-2. شماتيك سيستم پلاسما CVD طراحی شده در داخل کشور. 43

شکل3-3. شماتيک سل مورد استفاده در بررسي رفتار خوردگي پوشش کاربيد تيتانيم. 52

فصل چهارم

نتايج و بحث 53

شکل 4-1. پوشش کاربيد تيتانيم اعمال شده در دماي 470 درجه سانتيگراد. 55

شکل 4-2. پوشش کاربيد تيتانيم، الف) دماي پوششدهي 510 درجه سانتيگراد. 55

شکل 4-3. تصوير ميکروسکوپ الکتروني سطح مقطع پوشش کاربيدتيتانيم. 56

شکل4-4.الگوی پراش اشعه ایکس (GIXRD) پوشش کاربيد تيتانيم. 58

شکل4-5. منحني XPS پوشش نانو ساختار کاربيد تيتانيم (TiC) در دماهاي مختلف.. 59

شکل4-6. منحني XPS پيک  Ti2pپوشش کاربيد تيتانيم در چرخه کاري 33 درصد. 61

شکل4-7. منحني XPS پيک Ti2p پوشش کاربيد تيتانيم در چرخه کاري 40 درصد. 61

شکل4-8. منحني XPS پيک  Ti2pپوشش کاربيد تيتانيم در چرخه کاري 50 درصد. 62

شکل4-9. منحني XPS پيک  C1sپوشش کاربيد تيتانيم در چرخه کاري مختلف 33 درصد. 63

شکل4-10. منحني XPS پيکC1s  پوشش کاربيد تيتانيم در چرخه کاري مختلف 40 درصد. 63

شکل4-11. منحني XPS پيک C1s پوشش کاربيد تيتانيم در چرخه کاري مختلف 50 درصد. 64

شکل4-12. منحني XPS پيک O1s پوشش کاربيد تيتانيم در چرخه کاري مختلف33 درصد. 65

شکل4-13. منحني XPS پيک O1s پوشش کاربيد تيتانيم در چرخه کاري مختلف40 درصد. 65

شکل4-14. منحني XPS پيک O1s پوشش کاربيد تيتانيم در چرخه کاري مختلف50 درصد. 66

شکل 4-15. منحني XPS عنصر Ti2p پوشش کاربيد تيتانيم در چرخه­هاي کاري مختلف.. 67

شکل 4-16. منحني XPS عنصر C1s پوشش کاربيد تيتانيم در چرخههاي کاري مختلف.. 68

شکل 4-17. منحني رامان پوشش کاربيد تيتانيم در چرخه کاری 33 درصد. 69

شکل 4-18. منحني رامان پوشش کاربيد تيتانيم در چرخه کاری 40 درصد. 70

شکل 4-19. منحني رامان پوشش کاربيد تيتانيم در چرخه کاری 50 درصد. 71

شکل 4-20. منحني Phi scan پوشش کاربيد تيتانيم اعمال شده در چرخه­هاي کاري مختلف.. 75

شکل 4-21. منحني Pole figure پوشش نانوساختار کاربيد تيتانيم در چرخه­هاي کاري مختلف.. 77

شکل 4-22. تصويرميکروسکوپ الکتروني  پوشش کاربيد تيتانيم در چرخه کاري 33 درصد. 80

شکل 4-23. تصويرميکروسکوپ الکتروني پوشش کاربيد تيتانيم در چرخه کاري 40 درصد. 81

شکل 4-24. تصويرميکروسکوپ الکتروني  پوشش کاربيد تيتانيم در چرخه کاري 50 درصد. 82

شکل 4-25. تصوير SEM پوشش کاربيد تيتانيم اعمال شده در دماي 470 درجه سانتيگراد. 83

شکل 4-26. تغييرات اندازه دانه­هاي کاربيد تيتانيم (TiCx) بر حسب دما و چرخه کاري. 89

شکل 4-27. تغييرات اندازه دانه­هاي کاربيد تيتانيم (TiCx) بر حسب چرخه کاري و نسبت گازي.. 90

شکل4-28. تغييرات اندازه دانه­هاي کاربيد تيتانيم بر حسب دما و نسبت گازي.. 90

شکل 4-29. منحني XPS عمقي پوشش کاربيد تيتانيم اعمال شده در دماي 470 درجه سانتيگراد. 91

شکل 4-30. منحني بارگذاري بر حسب عمق نفوذ پوشش کاربيد تيتانيم در چرخه کاري 33 درصد. 93

شکل 4-31. منحني بارگذاري بر حسب عمق نفوذ پوشش کاربيد تيتانيم در چرخه کاري 50 درصد. 94

شکل 4-32. تصوير AFM پوشش نانوساختار کاربيد تيتانيم در چرخه 33 درصد. 95

شکل 4-33. تصوير AFM پوشش نانوساختار کاربيد تيتانيم در چرخه 50 درصد. 98

شکل 4-34. منحني تغييرات ضريب اصطکاک بر حسب زمان پوشش کاربيد تيتانيم در چرخه کاري 33 درصد و دماهاي مختلف پوشش دهي.. 102

شکل 4-35. منحني تغييرات نيروي مماس سطح در چرخه کاري 33 درصد. 103

شکل 4-36. منحني تغييرات نيروي مماس سطح در چرخه کاري 50 درصد. 104

شکل 4-37. منحني رفتار سايشي پوشش نانوساختار کاربيد تيتانيم براي چرخه کاري 33 درصد. 107

شکل 4-38. منحني رفتار سايشي پوشش نانوساختار کاربيد تيتانيم براي چرخه کاري 40 درصد. 108

شکل 4-39. منحني رفتار سايشي پوشش نانوساختار کاربيد تيتانيم  براي چرخه کاري 50 درصد. 109

شکل 4-40. تصوير ميکروسکوپ نوري پوشش اعمال شده در دماي 470 درجه سانتيگراد. 110

شکل 4-41. تصوير ميکروسکوپ نوري پوشش اعمال شده در دماي 490 درجه سانتيگراد. 111

شکل 4-42. تصوير ميکروسکوپ نوري پوشش اعمال شده در دماي 510 درجه سانتيگراد. 113

شکل 4-43. شکل نمادين تماس پين و پوشش در زمان تماس اوليه. 114

شکل 4-44. پروفايل اسکن منطقه عرضي سايش پوشش اعمال شده در دماي 490 درجه سانتيگراد. 116

شکل 4-45. تغييرات ضريب اصطکاک پوشش کاربيد تيتانيم بر حسب دما و چرخه کاري. 122

شکل 4-46. تغييرات ضريب اصطکاک پوشش کاربيد تيتانيم بر حسب دما و نسبت گازي 123

شکل4-47. تغييرات ضريب اصطکاک پوشش کاربيد تيـانيوم بر حسب چرخه کاري و نسبت گازي. 124

شکل 4-48. منحني پلاريزاسيون پوششهاي کاربيد تيتانيم اعمال شده در چرخه­هاي کاري مختلف.. 125

شکل 4-49. تصاوير SEM بعد از آزمايش پلاريزاسيون تافلي در محلول 3.5 درصد NaCl 127

شکل 4-50. آناليز EDS نقاط مشخص شده در شکل 4-54 براي پوشش کاربيد تيتانيم. 128

شکل 4-51. منحني نايکوئيست پوشش کاربيد تيتانيم اعمال شده درچرخه ­های کاری مختلف. 130

شکل 4-52. مدار معادل پوشش نانو ساختار کاربيد تيتانيم در چرخه­هاي کاري مختلف.. 131

شکل 4-53. منحني پلاريزاسيون تافلي پوششهاي نانوساختار کاربيد تيتانيم در دماهاي مختلف.. 132

شکل 4-54. ارزيابي ساختار کاربيد تيتانيم نسبت به غلظت کربن. 134

شکل 4-55. منحني AES پروفايل غلظتي کربن تا عمق 200 نانومتر نسبت به سطح پوشش… 134

شکل 4-56. منحني نايکوئيست پوشش نانو ساختار کاربيد تيتانيم اعمال شده در دماهاي مختلف.. 137

شکل 4-57. مدار معادل پوشش نانو ساختار کاربيد تيتانيم در دماهای مختلف. 138

فهرست جدول­ها

 عنوان                                                                                                                                            صفحه

أ‌

فصل دوم

مروري بر منابع 6

جدول2-1. خلاصهاي از خواص مهم کاربيد تيتانيم. 8

جدول 2- 2 مشخصات عمومي انواع پلاسماي جريان متناوب.. 15

فصل سوم

روش تحقيق 38

جدول 3-1. آناليز شيميايي و درصد وزني عناصر آلياژي موجود در بستر فولاد H11. 41

جدول3-2. محدوده كاري سيستم پلاسما CVD مورد استفاده 46

جدول 3-3. متغيرهاي فرآيندي روش آماري پاسخ سطح. 47

جدول 3-4. طراحي آزمايش مطابق با روش آماري پاسخ سطح. 47

فصل چهارم

نتايج و بحث 53

جدول4-1. مقدار x در ترکيب کاربيد تيتانيم بر حسب فاصله از سطح. 66

جدول4-2. انرژي گيبس در دماهاي مختلف پوشش­دهي.. 73

جدول 4-3. اندازه ذرات پوشش کاربيد تيتانيم در چرخه کاري ها و دماهاي مختلف.. 84

جدول 4-4. مدت زمان خاموشي و روشني در چرخه­هاي کاري مختلف.. 86

جدول 4-5. اندازه دانه­هاي پوشش کاربيد تيتانيم اعمال شده مطابق روش آماري پاسخ سطح. 88

جدول 4-6. سختي و مدول الاستيک پوشش کاربيد تيتانيم در چرخه کاري 33 درصد. 93

جدول 4-7. سختي و مدول الاستيک پوشش کاربيد تيتانيم در چرخه کاري 50 درصد. 94

جدول 4-8. تغييرات زبري سطحي Ra و Rrms پوشش کاربيد تيتانيم اعمال شده در چرخه کاري 33. 99

جدول 4-9 . نتايج حاصل از آزمايش چسبندگي پوشش کاربيد تيتانيم در دماهای مختلف.. 106

جدول4-10. پارامترهاي الکتروشيميايي منحني پلاريزاسيون در چرخه­های کاری مختلف. 126

جدول4-11. نتايج حاصل از آناليز پارامترهاي الکتروشيميايي مدارهاي معادل پوشش کاربيد تيتانيم در چرخه­هاي کاري مختلف   131

جدول4-12. پارامترهاي الکتروشيميايي منحني پلاريزاسيون در دماهای مختلف پوشش­دهی. 133

جدول4-13. نتايج حاصل از آناليز پارامترهاي الکتروشيميايي مدارهاي معادل پوشش کاربيد تيتانيم اعمال شده در دماهاي مختلف پوشش دهي.. 138

قبلا حساب کاربری ایجاد کرده اید؟
گذرواژه خود را فراموش کرده اید؟
Loading...
enemad-logo