15179

15179

ايجاد لايه هاي نانوساختار Ti(C,N) روي فولاد DIN 1.2606 به روش PACVD و ارزيابي خواص مكانيكي آن

دكتري

شناسايي و انتخاب مواد فلزي

شهريور 1394

شهريور 1394

دكتر سيد محمد علي بوترابي - دكتر مهدي ديواندري

دكتر رحيم نقي زاده

مواد و متالورژي

چكيده پوشش كربونيتريد تيتانيوم Ti(C,N) به دليل دارا بودن مقاومت سايشي بالا، نقطه ذوب و سختي بالا، مقاومت خوردگي عالي و چسبندگي خوب، به ميزان زيادي در صنايع مختلف مورد استفاده قرار گرفته است. يكي از روش¬هاي رسوب¬گذاري اين نوع پوشش¬ها روي زير لايه‌هاي فلزي، روش رسوب شيميايي بخار به كمك پلاسما با جريان مستقيم پالسي (Pulsed-DC PACVD) است كه با توجه به سهولت فرايند و تنوع در ايجاد پوشش، توجه محققان را به خود جلب كرده است. همچنين حضور پلاسما كاهش دماي لايه¬نشاني را به همراه دارد. در اين پروژه با استفاده از فرايند رسوب¬دهي شيميايي بخار به كمك پلاسما، يك لايه نازك نانوساختار روي زيرلايه فولادي DIN 1.2606 پوشش داده شد، سپس سازوكار رشد و خواص ساختاري اين لايه توسط ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM)، ميكروسكوپ نيروي اتمي (AFM)، پراش پرتو ايكس (XRD) و طيف¬سنجي فوتوالكتروني اشعه ايكس (XPS) و خواص مكانيكي آن توسط نانوسختي¬سنجي، نانوخراش و آزمون سايش بررسي شد. متغيرهاي مختلفي در اين فرايند روي ايجاد و سازوكار رشد و خواص مكانيكي پوشش Ti(C,N) نانوساختار اثر مي¬گذارد كه از بين اين متغيرها نسبت گاز ورودي، زمان لايه¬نشاني و لايه مياني بررسي شدند. با افزايش مقدار X +N2)) X=CH4/(CH4) در گاز ورودي، مقدار C/(C+N) در تركيب شيميايي تقريباً به صورت خطي افزايش يافت. همچنين با افزايش مقدار X رنگ پوشش از طلايي به سمت خاكستري تغيير كرد كه تأييدكننده حضور بيشتر كربن در پوشش است. همچنين سازوكار ايجاد لايه با گذشت زمان براي نخستين بار بررسي و به سه ناحيه تقسيم¬بندي شد. در ناحيه اول كه تا زمان 120 دقيقه ادامه يافت تشكيل خوشه¬هاي كوچك اوليه به همراه رشد اوليه اتفاق افتاد. اين ناحيه تا تراكم ساختاري 85 درصدي ادامه يافت. در ناحيه دوم كه تا 150 دقيقه ادامه يافت با افزايش تراكم ساختاري سازوكار الحاق و ادغام فعال ¬شد. در ناحيه سوم خوشه¬هاي بزرگ‌تر حاصل از الحاق و ادغام، رشد ستوني خود را ادامه دادند. تركيب شيميايي پوشش به كمك GIXRD با نسبت گازي (N2+CH4/CH4) 3/0، TiC0.3N0.7 و در نسبت گازي 7/0، TiC0.7N0.3 شناسايي شد. توزيع اندازه رسوبات لايه TiC0.3N0.7، در محدوده 65 تا 75 نانومتر و ضخامت آن پس از 150 دقيقه لايه¬نشاني، 31/5 ميكرومتر اندازه-گيري شد. اين لايه داراي ضريب اصطكاك 6/0 و سختي 2038 ويكرز بوده و عدد زبري متوسط لايه با افزايش زمان لايه¬نشاني از 2/47 نانومتر به 195 نانومتر افزايش يافت. واژه¬هاي كليدي: Ti(C,N)، لايه نازك، PACVD، نانوساختار، سازوكار رشد، زمان لايه¬نشاني، نسبت گاز ورودي