Skip to main content
SUPERVISOR
Ali Shafyei
علي شفيعي (استاد راهنما)
 
STUDENT
Saeid Sabzehali
سعيد سبزه علي

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1395

TITLE

Enhancement of Tribological Behavior of Tapered Roller Bearing by TiN/ TiAlN/ TiAlSiN Multilayer Coatings By physical Vapor Deposition
The wear and tear of parts due to abrasion and costs associated with stopping the equipment of the production line are among the problems caused by wear in the industry. The purpose of this study was to investigate the change in the tribological behavior of roller bearings by applying TiN / TiAlN / TiAlSiN multilayered coatings by vapor deposition of cathodic arc. In this research, after multi-layered TiN / TiAlN / TiAlSiN coating, an elemental analysis test was carried out using EDS. Fuzzy analysis was performed by XRD. The thickness of the layers was then evaluated by scanning electron microscopy. To evaluate the mechanical properties of the coating, the nanofluent was used. This test showed that the hardness and modulus values of Yang for TiN, TiAlN and TiAlSiN coatings have gradually increased. Mechanical roughness was used to determine the roughness of each layer and substrate. The nominal load required for the bearing test was 11949, according to ISO 281 standard, and the performance test with the FE8 device at nominal load [1] (central axle KN 5/3 and radial KN 3/3), 1.25 times the nominal load It was measured 1.5 times the nominal load. Then, after each test, the roughness of the surface was measured and the profile of the grooves created for depth and width was evaluated. The scanning electron microscope was also used to study surfaces in contact with each other. The result of the elemental analysis showed that the amount of Si in the coating of TiAlSiN coating was 85.1%. This amount of silicon does not lead to the formation of Si3N4 and increases the solids solubility. The result of the fuzzy analysis performed by the XRD device confirmed the absence of the amorphous phase and Si3N4 in the coating. The nanofluid test showed that the hardness and modulus of Yang have found different layers by adding elements of Al and Si. The results obtained from the roughness indicate that the roughness of the layers increases with the addition of Al and Si, due to the low melting point of aluminum and the formation of fine droplets in the morphology of the coating. Using microscopic and macroscopic studies, the degradation mechanism was evaluated in different nominal loads, and it was determined that in the nominal load the damping mechanism was covered for both specimens and had no abrasion coating, and the coating had a good tribological properties at this time. However, in the above loads, due to the dominance of the sliding contact fatigue mechanism, the mass loss in the coated samples increased and did not cover the good tribological properties.
چکيده از بين رفتن و فرسوده شدن قطعات در اثر سايش و هزينه‌هاي مربوط به توقف تججهيزات خط توليد از جمله مشکلات ناشي از سايش در صنعت مي باشد. هدف از اين تحقيق بررسي تغيير ايجادشده در رفتار تريبولوژيکي رولبرينگ‌ها در اثر اعمال پوشش چندلايه‌TiN/ TiAlN/ TiAlSiN به وسيله رسوب‌گذاري بخار فيزيکي قوس کاتدي مي‌باشد. در اين تحقيق پس از ايجاد پوشش چندلايه‌TiN/ TiAlN/ TiAlSiN بر روي زيرلايه آزمون‌ آناليز عنصري به وسيله EDS انجام شد آناليز فازي توسط دستگاه XRD انجام شد. سپس ضخامت مربوط به لايه‌ها به وسيله ميکروسکوپ الکتروني روبشي مورد ارزيابي قرار گرفت. جهت ارزيابي خواص مکانيکي پوشش از نانوفرورونده استفاده شد اين آزمون نشان داد مقادير مربوط به سختي و مدول يانگ براي پوشش‌هاي TiN، TiAlN و TiAlSiN به تدريج افزايش پيدا کرده است. جهت تعيين ميزان زبري هر لايه و زير لايه از دستگاه زبري سنج مکانيکي استفاده شد. بار اسمي لازم براي آزمون ياتاقان مخروطي به شماره 11949 بر اساس استاندار ISO 281 محاسبه گرديد و آزمون عملکرد با دستگاه FE8 در بار اسمي [1] (نيروي محوري KN 5/6 و شعاعي KN 3/3)، 25/1 برابر بار اسمي و در 5/1 برابر بار اسمي انجام شد سپس بعد از هر آزمون زبري سطح اندازه‌گيري شد و پروفيل شيارهاي ايجاد شده از نظر عمق و عرض مورد ارزيابي قرار گرفت. همچنين از دستگاه ميکروسکوپ الکتروني روبشي براي مطالعه سطوح در تماس با يکديگر استفاده شد. نتيجه آزمون آناليز عنصري نشان داد مقدار Si در پوشش TiAlSiN 85/1 % به دست آمد اين مقدار از سيليسيوم منجر به تشکيل Si 3 N 4 نمي‌شود و به صورت محلول جامد سختي را افزايش مي‌دهد. نتيجه مربوط به آناليز فازي که توسط دستگاه XRD انجام شد نيز عدم وجود فاز آمورف و Si 3 N 4 را در پوشش تاييد کرد. آزمون نانوفرورونده نشان داد سختي و مدول يانگ لايه‌هاي مختلف با افزودن عناصر Alو Si پيدا کرده است. نتايج به دست آمده از زبري‌سنجي حاکي از افزايش ميزان زبري لايه‌ها با افزودن عناصر Alو Si مي باشد که علت آن پايين بودن دماي ذوب آلومينيوم و ايجاد ريز قطرات در مورفولوژي پوشش است. با استفاده از بررسي‌هاي ميکروسکوپي و ماکروسکوپي مکانيزم تخريب در بارهاي اسمي متفاوت مورد ارزيابي قرار گرفت و مشخص گرديد در بار اسمي مکانيزم تخريب براي هر دو نمونه پوشش دهي شده و فاقد پوشش سايش بوده است و پوشش مذکور در اين بار خواص تريبولوژيکي خوبي از خود نشان داد ليکن در بارهاي مذکور بيشتر به دليل حاکم شدن مکانيزم خستگي تماسي لغزشي افت جرم در نمونه‌هاي پوشش‌دهي شده بيشتر شد و پوشش خواص تريبولوژيکي خوبي از خود نشان نداد. کلمات کليدي پوشش چندلايه، ‌TiAlSiN، رسوب‌گذاري بخار فيزيکي، سايش رولبرينگ [1] Nominal load

تحت نظارت وف ایرانی