21892

21892

بررسي و ايجاد لايه‌هاي نازك تركيبي به منظور افزايش مقاومت در برابر سايش زانويي هاي خطوط انتقال گاز

كارشناسي ارشد

حالت جامد

1396

1398/8/28

دكتر محمدرضا زماني ميميان

دكتر علي غفاري نژاد

فيزيك

با وجود پيشرفت‌هاي انجام شده در حوزه اعمال پوشش‌هاي داخلي خطوط انتقال گاز به منظور كاهش فاكتور اصطكاك و سايش لوله و تجهيزات ناشي از جريان سيال، هنوز زانويي‌هاي موجود در ايستگاه‌هاي تقليل فشار گاز دست‌خوش سايش شديد مي‌شوند. بدين منظور در اين پژوهش به وسيله‌ي روش كندوپاش مغناطيسي و با استفاده از لايه نشاني همزمان سه فلز تيتانيم، زيركونيوم و مس در حضور گاز نيتروژن لايه‌هاي از جنس TiZrCuN بر روي زير لايه‌ي فولادي لايه نشاني گرديد. سپس تاثير درصد اتمي تيتانيوم و مس بر مواردي همچون ساختار و خواص مكانيكي لايه‌ها و زيرلايه فولادي توسط آناليزهايي نظير: آناليز پراش پرتو ايكس (XRD)، آناليز طيف سنجي پراش انرژي پرتو ايكس (EDS)، ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM)، ميكروسكوپ نيروي اتمي (AFM)، پروفايلومتري، نانودندانه‌گذاري با دندانه‌گذار گوشه مكعبي، نانو خراش و تست سايش پين بر روي ديسك بررسي شد. نتايج حاصل از XRD نشان مي‌دهد ساختار كريستالي پوشش با كاهش درصد وزني تيتانيم و مس كاهش پيدا كرده و همچنين اندازه ذرات با كاهش درصد وزني مس و تيتانيم از nm 68 به nm 18 كاهش مي‌يابد. تصاوير پروفايلومتري، AFM و SEM نشان مي‌دهند كه سطح لايه‌ها با كاهش درصد تيتانيم و مس يكنواخت‌تر شده و پوشش‌ها توانسته‌اند زبري سطح زيرلايه فولادي را 99/89 درصد كاهش دهند و ضخامت لايه‌ها از nm 1222 به nm 645 كاهش يافت. نتايج آزمون نانودندانه‌گذاري و نانوخراش نشان مي‌دهند پوشش توانسته سختي زيرلايه فولادي سمباده زده شده را از GPa 3 تا GPa 8 و مدول يانگ را از 8/GPa 94 به GPa 172/4 افزايش دهد و ضريب اصطكاك را از 0/5 تا 0/1 كاهش دهد. اطلاعات حاصل از تست سايش نشان داد كه با كاهش در صد وزني تيتانيم و مس مقدار كاهش وزن پوشش‌ها نسبت به نمونه فولاد خام كمتر شده و نرخ سايش از mm3⁄Nm 3/968 تا mm3⁄Nm 0/042 و ضريب اصطكاك از 4/17 تا 0/25 كاهش يافت. واژه‌هاي كليدي: كندوپاش، TiZrCuN ، نانودندانه‌گذاري، نانوخراش، سايش، سختي، مدول يانگ، ضريب اصطكاك

1399/02/10

Investigation and Creation of Combined Thin Layers to Increase the Elbows Erosion Resistance of Gas Transmission Lines

11/18/2020 12:00:00 AM

Despite advances in the application of internal coatings to gas transmission lines to reduce friction factor and erosion fluid flow equipment, but elbows at the hand pressure relief gas stations are still intense. In this study, nanocrystalline TiZrCuN films are deposited on pipe steel substrates. The bilayer films are prepared via an RF-DC co-sputtering system. The compositional, morphological and mechanical properties of the bilayer films are characterized by X-ray spectroscopy (XRD), energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS), scanning electron microscopy (SEM), atomic force microscopy (AFM), profilometry and nanoindentation, nanoscratch, pin on disk wear tests. XRD patterns show that the crystalline structure of the layer is weakened. While, the grain size ranging from 68 nm to 18 nm decreased with reduce in the wt % of Ti and Cu. The SEM and AFM images showed that the surface of the layers became more uniform with a decrease in the wt % of Ti and Cu and the coatings were able to reduce the roughness of the steel substrate surface by 99.8% and the thickness of layers reduced from 1222 nm to 645 nm. The results of the nanoindentation tests and nanoscratch tests showed that nanocomposite films increased hardness and young's modulus of the steel from 3 GPa to 8 GPa and from 94 GPa to 172 GPa. Comparing the friction coefficient of pipe steel with layers showed that the value of friction factor reduced from 0.5 to 0.1. The rate of wear has been improved from 3.968 mm3 /Nm for steel substrate to 0.042 mm3/Nm after depositing TiZrCuN. Over and above, the coefficient of friction (C.O.F) is decreased from nearly 4.17 for the steel substrate to nearly 0.25 after coating. All of the coatings effectively have a protective effect on pipe steel. Keywords: RF-DC co-sputtering, TiZrCuN, nanoscratch, nanoindentation, pin on disk test, hardness, young's modulus, friction factor.