Skip to main content
SUPERVISOR
Ali Shafyei
علی شفیعی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Bahman Khorrami mohkori
بهمن خرمی مخوری

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1390

TITLE

Evaluation of tribological properties of TiN coating on hot work steel (H13) created by chemical vapor deposition (CVD)
High hardness coating created by chemical vapor deposition (CVD) technique has been considered in industry, recently. The main goal of applied hard coating is increasing lifetime of industrial parts such as tools and molds. Physical vapor deposition (PVD) and CVD methods are used for coating of hot work tool steels TiN is one of the hard coatings which are created by CVD or PVD methods in order to increase the lifetime of the molds. Plasma assisted chemical vapor deposition (PACVD) is one method of CVD. In this research, a TiN coating applied on H13 hot wok tool steel by PACVD.The substrate temperature in the PACVD is lower than H13 tempering temperature. The main advantage of PACVD method is low deposition temperature. However, the only disadvantage of this method is low deposition rate. In the PVD method, it is necessary the rotation of the parts, during the coating process. Furthermore, it is difficult to coat, the bulk and heavy parts, while the CVD doesn't have this restriction. In this research, effects of PACVD parameters on properties and behavior of TiN coatings was investigated. The TiN coating is created on nitrided and unnitrided H13 in the different deposition temperatures (460, 480 and 510 ). Reactant gases of TiCl4, N2, H2 and Ar in 0.1, 2.5, 1.5, 1.5 mbar pressures are used in coating process. The results show that difference in the deposition temperature and substrate affects on tribological properties. Characterizations of coatings are investigated by thickness, microhardness, nanohardness, chemical composition of coating and morphological measurements and wear behavior .The TiN clusters created on the substrate increase with increasing deposition temperature. Results show that the surface roughness for nitride H13 is 130 nm while for coating is 20 nm. Thus, the coating process reduce roughness and friction coefficient. Young's modulus and hardness of coating created in deposition temperature of 460 was 220 GPa and 1810 HV, respectively. Investigation of tribilogical behavior shows that the dominant mechanisms for coating in high temperature wear are adhesion and tribochemical while in low temperature wear is tribochemical. Key Words : PACVD, TiN, rectant gases, PVD
استفاده از پوشش های با سختی بالا که بوسیله ی تکنیک رسوب شیمیایی بخار ایجاد می شوند در چند دهه ی اخیر در بسیاری از بخش های صنعت مورد توجه ویژه ای قرار گرفته است. هدف از اعمال پوشش های سخت عمدتاً افزایش عمر قطعات صنعتی بخصوص ابزارها و قالب ها می باشد. برای پوشش دهی فولادهای ابزار اغلب از روش های رسوب شیمیای بخار و رسوب فیزیکی بخار استفاده می شود. یکی از فولادهای ابزار که عمدتاً برای ساخت قالب استفاده می شود، فولاد ابزار گرمکار 13H می باشد. در این راستا می توان با اعمال پوشش های سختی هم چون تیتانیم نیترید به یکی از دو روش مذکور باعث افزایش عمر قطعات گردید. روش رسوب شیمیایی بخار به کمک پلاسما Plasma Assisted Chemical Vapour Deposition)) یکی از روش های رسوب شیمیایی بخار می باشد که در آن دمای لازم برای پوشش دهی، کمتر از از دمای تمپر فولاد 13H می باشد. پایین بودن دمای پوشش دهی در این روش مهمترین مزیت آن می باشد. تنها عیب این روش سرعت رسوب گذاری نسبتاً پایین آن می باشد. در روش رسوب فیزیکی بخار ابزارهایی که قرار است پوشش داده شوند بایستی در حین فرآیند پوشش دهی در حال چرخش باشند. لذا امکان پوشش دهی قطعات حجیم و سنگین با مشکل روبرو می گردد. در حالی که روش رسوب شیمیایی بخار این محدودیت را ندارد. در این پژوهش سعی شده تأثیر پارامترهای مختلف پوشش دهی در فرآیند PACVD، بر روی خواص و رفتار تریبولوژیکی پوشش های تیتانیم نیترید مورد مطالعه و بررسی قرار گیرد. پوششهای تیتانیم نیترید در سه دمای مختلف زیرلایه(460، 480 و 510 درجه ی سانتی گراد) بر روی دو زیرلایه ی فولاد 13H نیتراسیون شده و نیتراسیون نشده ایجاد گردید. گازهای واکنشگر 4 TiCl، 2 N، 2 H و Ar با فشار 1/0، 5/2، 5/1 و mbar 5/1 برای ایجاد پوشش مورد استفاده قرار گرفت. نتایج بدست آمده نشان می دهد تأثیر دمای پوشش دهی و نوع زیرلایه بر روی خواص تریبولوژیکی هر یک از پوشش ها مشهود می باشد. مشخصه یابی پوشش های ایجاد شده بر روی زیرلایه بوسیله ی میزان ضخامت پوشش، میکرو و نانوسختی سنجی، ترکیب فازی، مورفولوژی و رفتار سایشی مورد ارزیابی قرار گرفت. افزایش دمای رسوب گذاری باعث افزایش اندازه ی خوشه های تیتانیم نیترید در سطح پوشش می گردد. بررسی های زبری سطح نشان می دهد که زبری در حالت نیتراسیون برابر nm 127 و در حالت پوشش nm 26 می باشد. لذا فرآیند پوشش دهی باعث کاهش میزان زبری و در نتیجه کاهش میزان ضریب اصطکاک گردیده است. میزان مدول یانگ و سختی پوشش ایجاد شده در دمای رسوب گذاری 460 درجه ی سانتی گراد به ترتیب برابر با GPa220 و HV 1810 می باشد. بررسی های رفتار سایشی پوشش های ایجاد شده نشان می دهد که مکانیزم سایش در دمای بالا برای این پوشش ها از نوع چسبان به همراه تریبو شیمیایی می باشد در حالی که در دمای پایین تنها تریبوشیمیایی می باشد. کلمات کلیدی: رسوب شیمیایی بخار به کمک پلاسما، تیتانیم نیترید، گازهای واکنشگر، رسوب فیزیکی بخار

ارتقاء امنیت وب با وف بومی