Skip to main content
SUPERVISOR
Fakhreddin Ashrafizadeh
سیدفخرالدین اشرفی زاده (استاد راهنما)
 
STUDENT
Navid Marchin
نوید مارچین

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1394

TITLE

Evaluation of properties of TiSiN and TiSiCN nanocomposite coatings by physical vapor deposition method for forming dies
Ternary and quarternary TiSiN and TiSiCN coatings, due to some special properties, are suitable choices for coating forming dies by physical vapor deposition. In this work, TiSiCN and TiSiN coatings with TiN/CrN and TiAlN interlayers, which were deposited by the cathodic arc process on the tool steel substrate, were evaluated. Macroparticles on surface of the coatings were examined for chemical composition and distribution. Most macroparticles are from final stages of deposition. The presence of carbon has increased the number of macroparticles. The TiSiCN and TiSiN coating structure was characterized by X-ray diffraction. The results showed nanocomposite structures with Ti(C, N) and TiN crystals and amorphous boundaries are rich in silicon and carbon. (Ti, Al)N phase was also identified in the crystalline structure of TiAlN coating. The size of the crystallites of the coatings was measured in a range of 9 to 11 nm by the rietveld method. Residual stress of the coatings are 3.4, 9.5 and 7.7 GPa for TiSiCN, TiSiN and TiAlN coatings respectively. The adhesion of the coatings carried out by the Rockwell C method and illustrated the fact that the presence of carbon significantly increases the adhesion of the coating to the substrate. Hardness tests were carried out at loads of 1 and 2 N and the L-P model was used to remove the substrate effect on hardness values. The hardness of TiSiCN coating was more than the two other coatings. The tribological properties of coatings and substrate were evaluated by dry friction tests in loads of 4 and 6 N and against ZrO 2 ball and 52100 steel pin abrasives. Addition of carbon to nitride coatings has reduced the adhesion wear mechanism and friction coefficient to around 0.25. The wear rate of the substrate was 46.22 and the coatings were in the range of 8 to 10 mm 3 /Nm×10 -6 . The results of the tests on the coatings led to choose TiSiCN coating for field test. For deep drawing of steel tubes, TiSiCN coated and non-coated dies were compared, and reported that this coating has increased life time of dies more than ten times.
پوشش سه‌جزئی TiSiN و پوشش چهار جزئی TiSiCN به دلیل برخی خواص استثنایی، انتخاب های مناسبی جهت پوشش دهی قالب های شکل دهی به روش رسوب فیزیکی بخار هستند. در پژوهش حاضر پوشش های TiSiCN و TiSiN با لایه میانی TiN/CrN و TiAlN که با فرایند صنعتی قوس کاتدی روی زیرلایه فولاد ابزار سردکار رسوب داده شده بود، مورد ارزیابی قرارگرفتند. ماکروذرات موجود بر سطح پوشش ها از نظر ترکیب شیمیایی و توزیع بررسی شدند. بیشتر ماکروذرات مربوط به مراحل پایانی پوشش دهی است و حضور کربن موجب افزایش تعداد ماکروذرات شده است. شناسایی ساختار پوشش های TiSiCN و TiSiN توسط پراش پرتو ایکس، ساختارهای نانوکامپوزیتی به ترتیب با شبکه کریستالی Ti(C,N) و TiN و مرزهای آمورف غنی از سیلیسیم و کربن نشان داد. در ساختار کریستالی پوشش TiAlN نیز فاز (Ti,Al)N شناسایی شد. اندازه کریستالیت های پوشش توسط روش ریتولد برای پوشش های مورد بررسی در محدوده 9 تا 11 نانومتر اندازه گیری شد. پوشش ها تحت تنش پسماند فشاری به مقادیر 4/3، 5/9 و GPa 3/7 به ترتیب برای پوشش های TiSiCN، TiSiN و TiAlN هستند. چسبندگی پوشش ها که توسط روش فروروش راکول C انجام شد نشان داد حضور کربن باعث افزایش چشمگیر چسبندگی پوشش به زیرلایه می شود. سختی سنجی در بارهای 1 و 2 نیوتون انجام گرفت و به‌منظور از بین بردن اثر زیرلایه روی مقادیر سختی از مدل L-P استفاده شد. پوشش TiSiCN دارای بیشترین سختی نسبت به دو پوشش دیگر بود. آزمون های سایش در بارهای 4 و 6 نیوتون و با ساینده های زیرکونیا و فولاد 52100 روی زیرلایه و هر سه پوشش انجام گرفت. اضافه شدن کربن به پوشش های نیتریدی باعث کاهش سایش چسبان و ضریب اصطکاک تا حدود 25/0 شده است. نرخ سایش زیرلایه 46/22 و پوشش ها در گستره 8 تا 6- 10×mm 3 /Nm 13 بدست آمد. بررسی نتایج آزمون های انجام شده روی پوشش ها موجب انتخاب پوشش TiSiCN برای آزمون میدانی شد؛ برای کشش عمیق لوله های فولادی، قالب شکل دهی با پوشش TiSiCN با قالب بدون پوشش مقایسه شد و گزارش شد این پوشش عمر قالب شکل دهی را بیش از 10 برابر افزایش داده است.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی