Skip to main content
SUPERVISOR
Hamidreza Salimi jazi,Ali Shafyei
حميدرضا سليمي جزي (استاد مشاور) علي شفيعي (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mahdy Akbrzade mghdm
مهدي اکبرزاده مقدم

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1388

TITLE

Investigation and characterization of tribological behaviors of PVD Cr-Ti-N coatings produced by cathodic are evaporation technique
Metal nitrides have many unique proper ties and are widely used in various industries. Coating Ternary nitrides have been investigated in order to answer the increasing need for superior mechanical properties in applications such as molds, punches, cutting tools, press stamps, machine parts for motors and biomedical prostheses. Nowadays The life time and wear resistance of different instruments and industrial parts can be improved by applying a hard thin film coating on their surfaces. In the present study, CrN, TiN and (TiCr)N coatings were deposited at both low and high substrate temperatures (~100, 400 °C) and two different substrate roughnesses on a D6 tool steel substrate. Physical and mechanical properties of coatings such as microstructure, thickness, phase composition, texture, roughness and hardness were studied. Phase composition were studies by X-ray diffraction method. The crystallite size was determined from the X-ray diffraction patterns based on the Scherrer formula. The surface microstructure and morphology were studied using scanning electron microscope (SEM) and coating compositions were determined by energy dispersive spectroscopy (EDS). The mechanical properties of thin ?lm coatings can be derived from measuring the load–displacement (loading/unloading) curve by using the Oliver and Pharr method. The friction and wear behavior of the coatings were investigated using ball-on-disc test at room temperature. The WC – 6% Co ball (10 mm diameter) was loaded against the rotating sample with a normal load of 5, 7 and 9 N, while the linear velocity was 0.081 m.s?1 and the sliding distance was 500 m. The mass loss of the disk specimens was measured at a 100 m interval in sliding distance, with an analytical balance with 0.1 mg precision. Atomic force microscope (AFM), scanning electron microscope, energy dispersive spectroscopy and optical microscope 2D/3D pro?lometry were utilized to invistigate the wear mechanism. The wear tracks were examined optically and by SEM. The results showed that the properties of the coatings such as microstructure, thickness, composition, texture, roughness and hardness are closly related to substrate temperature. Average grain size of the coatings was found in the range of 14 to 20 nm. The mechanical properties (hardness, Young's modulus, stiffness) of TiN coatings were higher than TiCrN and CrN. Wear test results clarified that the wear resistance of (TiCr)N and TiN coatings are better than CrN coating. The dominant wear mechanism was abrasive and tribochemical. Moreover, fatigue and delamination wear mechanisms were observed in TiCrN and CrN coatings, respectively. Keywords: Physical vapor deposition; wear behavior ; TiN, TiCrN , CrN coatings.
چکيده امروزه به منظور افزايش طول عمر و ميزان کاربري، اکثر ابزارها و قطعات صنعتي تحت عمليات سطحي مختلفي قرار ميگيرند که از جمله اين فرايندها، ايجاد پوشش‌هاي نازک به روش رسوب فيزيکي بخار مي باشد. پوشش هاي سخت نيتريدي يکي از بهترين و رايج ترين پوشش هايي هستند که در کاربردهاي مختلف صنعتي از جمله به عنوان پوشش ابزار برشي و قالب هاي شکل دهي و ريخته گري و...مورد استفاده زيادي قرار گرفته و تاکنون تحقيقات زيادي به منظور بهبود خواص ، کاربري و نحوه اعمال آن ها صورت گرفته است. در پژوهش حاضر رفتار سه پوشش(TiCr)N، CrN و TiN اعمال شده توسط روش رسوب فيزيکي بخار با استفاده از قوس کاتدي در دو دماي رسوب دهي 400 و 100 بر روي فولاد ابزار سردکارD6 در دو زبري متفاوت زيرلايه مورد بررسي قرار گرفت. خواص فيزيکي و مکانيکي پوشش ايجاد شده همچون ريزساختار، ضخامت،ترکيب شيميايي، فازهاي تشکيل دهنده پوشش، اندازه دانه، بافت، زبري و سختي، مورد مطالعه قرار گرفته است. شناسايي فازهاي موجود در پوشش توسط روش پراش اشعه ايکس (XRD) و همچنين از ميکروسکوپ الکتروني روبشي (SEM) و آناليز تفکيک انرژي (EDX) جهت مطالعه ريز ساختار و مورفولوژي رشد و ترکيب پوشش استفاده گرديد. بررسي خواص مکانيکي توسط آزمون نانو فرورونده صورت پذيرفت. همچنين در اين پژوهش رفتار سايشي سه پوششTiN، CrN و (TiCr) مورد بررسي قرار گرفت. براي اين منظور آزمون سايش لغزشي گلوله بر روي ديسک با استفاده از گلوله‌اي از جنس کاربيد تنگستن بر روي نمونه هاي فولادي پوشش داده شده در بار هاي اعمالي 5 و 7 و 9 نيوتن انجام گرفت. از ميکروسکوپ الکتروني روبشي و آناليز تفکيک انرژي و ميکروسکوپ نيروي اتمي (AFM) جهت مطالعه سطوح سايش استفاده شد. نتايج حاصل نشان مي دهد که خواص هر يک از اين پوشش ها با تغيير شرايط پوشش دهي متفاوت مي باشد. خواص مکانيکي ازجمله سختي، مدول يانگ و سفتي در پوشش هاي CrN و(TiCr)N وTiN به ترتيب افزايش مي‌يابد. نتايج آزمون سايش، نشان دهنده مقاومت بالاتر پوشش (TiCr)N نسبت به CrN و مقاومت ضعيف تر آن نسبت به نمونه TiN مي باشد. سايش خراشان و تريبوشيمي به عنوان مهمترين مکانيزم سايش در سه پوشش معرفي شده و همچنين سايش خستگي و ورقه اي نيز به ترتيب در پوشش TiCrNو CrN به عنوان مکانيزم سايشي شناخته شد. کلمات کليدي: رسوب فيزيکي بخار، پوشش سخت نيتريدي، پوشش سه جزيي، سايش

ارتقاء امنیت وب با وف بومی