Skip to main content
SUPERVISOR
Ali Shafyei,Mohmmad ali Golozar
علی شفیعی (استاد راهنما) محمدعلی گلعذار (استاد راهنما)
 
STUDENT
Soroush Shahabi mohammadabadi
سروش شهابی محمدآبادی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1387

TITLE

Creation and Evaluation the Properties of TiN, TiAlN and TiAlON Coatings on Surface of D3 Steel Using Physical Vapor Deposition Technique
Creation and Evaluation the Properties of TiN, TiAlN and TiAlON Coatings on Surface of D3 Steel Using Physical Vapor Deposition Technique Hard coatings mainly to enhance service life of tools, particularly cutting tools and machine components, as well as to achieve significantly favorable decorative properties also feature high resistance to corrosion in atmosphere, body fluid and some technologically used liquids. Despite of high hardness and wear resistance of TiN as a hard coating on tools and templates, it’s applications likehigh-speed machining in wet conditions have limitations. resence of oxygen in the coating prevents further oxidation, increase toughness and reduce probability of scaling. Aluminum content improves oxidation behavior, thermal stability and increases the hardness of coating. It is expected that advanced coatings such as TiAlN and TiAlON coatings provide better performance over simple nitrides. In this study, using a mosaic metal target, TiAlN and TiAlON coatings were deposited employing cathodic arc vapor deposition process. Wear, oxidation and corrosion behavior of these coatings in comparison with TiN coating was investigated. Optical microscopy, scanning electron microscopy and atomic force microscopy were used to study the microstructure, topography, morphology and thickness of the coatings. The phase analyses of coatings were performed by X-ray diffraction patterns. The chemical composition of coatings was evaluated by energy dispersive spectrometer (EDS). Hardness tests, oxidation tests at temperatures of 500, 600, 700 and 800 ° C, pin on disk wear tests and corrosion tests in 3.5 weight percent NaCl and 10 volume percent HCl solutions were also done. In addition, the effect of heat treatment on corrosion behavior of these coatings in 3.5 weight percent NaCl solution was evaluated. AFM results show that changing alloying elements can change structure and density of coating. Decreasing the nitrogen content of coating causes increase the surface roughness and decrease coating density while the presence of aluminum increases the hardness and thermal stability of titanium base nitride coatings. The presence of oxygen in the physical vapor deposition coatings causes the formation of amorphous oxide phases, reduce stiffness and increase thermal stability of the coatings. Results of wear tests showed a better wear behavior of TiAlN coatings in comparison with other ones. After 500 m wear, under normal load of 6 N, TiAlN coating had minimum friction coefficient and lowest increase in wear width. canning electron microscopy tests revealed different wear mechanisms on the surface of the test specimens.
پوشش های سخت به طور عمده به منظور افزایش طول عمر ابزارها، به خصوص ابزار برش و قطعات دستگاه ها، و هم چنین برای رسیدن به خواص تزئینی مطلوب و قابلیت مقاومت بالا در برابر خوردگی در اتمسفر، مایع بدن و برخی مایعات صنعتی استفاده می شود. TiN به عنوان پوشش سخت بر روی ابزارها و قالب ها علی رغم سختی بالا و مقاومت به سایش، در هنگام ماشینکاری با سرعت بالا و در شرایط مرطوب دارای محدودیت است. با توجه به اینکه حضور اکسیژن در این پوشش ها از اکسایش بیشتر آن ها جلوگیری می‌کند و افزایش چقرمگی و کاهش احتمال پوسته شدن و تراشه شدن پوشش را به همراه دارد و مشارکت آلومینیم در این پوشش ها باعث بهبود رفتار اکسایشی و پایداری حرارتی و افزایش سختی آن ها می شود، لذا انتظار می رود که پوشش های پیشرفته تری نظیر پوشش های TiAlON و TiAlN عملکرد بهتری نسبت به نیتریدهای ساده داشته باشند. در این پژوهش با ساخت فلز هدف موزائیکی، پوشش های TiAlN و TiAlON توسط فرایند تبخیر قوس کاتدی ایجاد شد. پس از آن رفتار سایشی، اکسایشی و خوردگی این دو پوشش در مقایسه با پوشش TiN مورد بررسی قرار گرفت. جهت بررسی ریزساختار حاصل از فرایند تبخیر قوس کاتدی، بررسی برجسته نگاری، ریخت شناسی و ضخامت پوشش ها از میکروسکوپ نوری، میکروسکوپ الکترونی روبشی و میکروسکوپ نیروی اتمی استفاده شد. هم چنین آنالیز فازی پوشش‌های ایجاد شده توسط پراش سنج پرتو ایکس انجام گرفت. ارزیابی ترکیب شیمیایی پوشش ها نیز توسط طیف نگار تفکیک انرژی انجام گرفت. ارزیابی خواص نمونه‌های پوشش داده شده توسط سختی‌سنجی، آزمون اکسایش در دماهای 500، 600، 700 و 800 درجه سانتیگراد، آزمون سایش پین روی دیسک و آزمون خوردگی در محلول های 5/3 درصد وزنی NaCl و 10 درصد حجمی HCl صورت گرفت. هم چنین تاثیر عملیات حرارتی بر رفتار خوردگی این پوشش ها در محلول 5/3 درصد وزنی NaCl مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج میکروسکوپ نیروی اتمی نشان داد که وجود عناصر آلیاژی باعث تغییر ساختار و چگالی پوشش می شود. نتایج نشان داد که کاهش میزان نیتروژن پوشش باعث افزایش زبری سطح و کاهش چگالی پوشش می‌شود در حالی که حضور آلومینیوم باعث افزایش سختی و پایداری حرارتی پوشش های نیتریدی پایه تیتانیم می شود. هم چنین حضور اکسیژن در ترکیب پوشش های رسوب فیزیکی بخار باعث تشکیل فازهای اکسیدی غیر بلوری، کاهش سختی و افزایش پایداری حرارتی این پوشش ها می‌شود. نتایج انجام آزمون سایش روی نمونه‌های مختلف بیانگر رفتار سایشی مناسب‌تر پوشش TiAlN در مقایسه با پوشش های دیگر بود به طوری که بعد از 500 متر سایش، تحت بار 6 نیوتن، پوشش TiAlN کم ترین ضریب اصطکاک و کم ترین افزایش عرض سایش را نشان داد. اگرچه بررسی سطوح و ذرات سایش نمونه‌های مختلف، مکانیزم‌های سایش متفاوت را نشان داد. نتایج آزمون خوردگی روی نمونه‌های مختلف، رفتار خوردگی بهتر پوشش TiN در محلول NaCl و پوشش TiAlON در محلول HCl را در مقایسه با پوشش های دیگر نشان داد. هم چنین نتایج نشان داد که عملیات حرارتی باعث بهبود رفتار خوردگی پوشش‌ها می شود. کلمات کلیدی: پوشش های نیتریدی پایه تیتانیم، تبخیر قوس کاتدی، رسوب فیزیکی بخار، اکسایش، سایش، خوردگی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی