Skip to main content
SUPERVISOR
Fakhreddin Ashrafizadeh,Abdolmajid Eslami
سیدفخرالدین اشرفی زاده (استاد راهنما) عبدالمجید اسلامی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Maedeh Falsafein
مائده فلسفین

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1393

TITLE

Evaluation of Adhesion and Load-bearing Behavior of Nanostructured Multilayer CrAlN Coating
Nitride coatings with high hardness and excellent wear resistance are produced by physical vapor deposition (PVD) to improve lifetime of the components. In nanostructured nitride coatings, developed in recent years, load bearing capacity and adhesion to the substrate are the two key factors that determine final performance of the coating. In this research, CrN/CrAlN nanostructured multilayer coatings with different thickness and number of layers were deposited by an industrial cathodic arc process on 420 stainless steel and H13 hot work tool steel. The purpose of such system of coating design is to improve adhesion and tribological behavior of CrAlN coating. Structural analysis and characterization of the coatings were performed by nano-indentation test, conventional and field emission scanning electron microscopes, X-ray diffraction and energy dispersive spectroscopy. Adhesion of CrAlN coatings to the substrates was investigated by scratch and VDI 3198 Rockwell adhesion tests. Evaluation of the tribological behavior of the coated specimens was carried out by ball-on-disc test, using tungsten carbide counterface. Experimental results revealed that PVD coatings produced by cathodic arc technique contain many macro-particles, the number and size of which depend on production parameters. High values of compressive residual stress, from 1500 to nearly 3000 MPa, were measured in the nitride coatings. The load bearing capacity, as evaluated by both Rockwell test and pin-on-ball test, was found to depend on the thickness and adhesion of the coating to the substrate; the optimum value was obtained at an intermediate thickness. In addition, the study revealed that type of substrate and deposition parameters had a significant influence on adhesion and load-bearing. Overall results of this research confirmed that among the various parameters influencing load bearing of CrAlN coatings, the thickness was the most significant factor; a thickness between 2 and 8 µm experienced maximum load bearing for the coatings under investigation.
پوشش های نیتریدی با سختی و مقاومت سایشی عالی به وسیله رسوب فیزیکی بخار (PVD) تولید می شوند تا عمر و عملکرد قطعات را بهبود بخشند. در پوشش های نانوساختار نیتریدی که در سال های اخیر توسعه یافته اند، موضوع بارپذیری و چسبندگی اهمیت فراوانی دارد و می تواند تعیین کننده عملکرد قطعه نهایی باشد. در این تحقیق پوشش های نانوساختار چندلایه CrN/CrAlN با ضخامت و تعداد لایه متفاوت، به روش قوس کاتدی روی فولاد زنگ نزن 420 و فولاد ابزار گرمکار H13 رسوب گذاری شدند. طراحی این سیستم پوششی به منظور بهبود رفتار تریبولوژیکی و چسبندگی پوشش CrAlN در کاربردهای صنعتی بوده است. آنالیز ساختاری و مشخصه یابی پوشش ها با استفاده از آزمون های نانوسختی سنجی، پراش پرتو ایکس، میکروسکوپ الکترونی روبشی و روبشی گسیل میدانی و میکروآنالیز طیف سنج انرژی انجام شد و چسبندگی پوشش ها به کمک آزمون چسبندگی خراش و آزمون راکول ارزیابی گردید. بررسی رفتار تریبولوژیکی پوشش ها نیز به کمک آزمون گلوله روی دیسک و با استفاده از گلوله کاربید تنگستن انجام شد. نتایج نشان داد سطح پوشش های رسوب فیزیکی بخار به دلیل ماهیت فرایند قوس کاتدی شامل ماکروذرات زیادی است که پارامترهای لایه نشانی در محفظه PVD بر تعداد و اندازه آن ها تاثیر دارد. پوشش های چندلایه در این تحقیق تنش های پسماند فشاری بالایی، از حدود 1500 تا نزدیک به 3000 مگاپاسکال را تجربه کردند که تاثیر تعیین کننده ای بر چسبندگی آن ها دارد. نتایج آزمون ها نشان داد که بارپذیری و رفتار تریبولوژیکی پوشش به ضخامت و چسبندگی آن به زیرلایه بستگی دارد و در یک ضخامت بهینه به ماکزیمم می رسد. این مقدار بهینه برای پوشش های صنعتی مورد پژوهش، ضخامتی بین 2 تا 8 میکرون بدست آمد. به علاوه طی تحقیقات انجام شده مشخص گردید که نوع زیرلایه و پارامترهای رسوب گذاری پوشش نیز بر رفتار چسبندگی و بارپذیری آن تاثیر به سزایی دارد. جمع بندی یافته های این پژوهش نشان داد که در میان پارامترهای گوناگون تاثیرگذار بر چسبندگی پوشش CrAlN، ضخامت پوشش شاخص ترین عامل بوده است. واژگان کلیدی: پوشش نانوساختار، پوشش چندلایه CrAlN، رسوب فیزیکی بخار قوس کاتدی، آزمون چسبندگی خراش، آزمون چسبندگی راکول. .

ارتقاء امنیت وب با وف بومی