Skip to main content
SUPERVISOR
Fakhreddin Ashrafizadeh
سیدفخرالدین اشرفی زاده (استاد راهنما)
 
STUDENT
Nooshin Ostovar
نوشین استوار

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1394
A B S T R A C T Aluminum alloys have favorable properties such as low density, high ductility and good machinability; but poor tribological behavior, nevertheless thin hard coatings cannot be directly applied onto their surface. In this research, physical vapor deposited Ti-Cr-N coatings were prepared at temperatures between 200 to 500 ° C in two thicknesses of 2 and 5 micrometers by cathodic arc on 6061 aluminum alloy substrate. Electroless Ni-P plating in two thicknesses of 10 and 20 micrometers and anodized layers in two thicknesses of 20 and 40 micrometers were employed as interlayers. Microstructure and mechanical properties of the coatings including roughness, adhesion, phase composition, hardness and coefficient of friction were studied. Phase compositions were identified by X-ray diffraction method. The frictional behavior of the coatings were studied using ball-on-disc tests under a normal load of 100 g. The results of this study showed that titanium-chromium nitride coatings applied to the substrate reduced friction coefficient from 0.8 to less than 0.3. Adhesion of the coatings to aluminum substrate was qualitatively evaluated by Rockwell C indentation tests. Surface hardness values were as high as 2000 (HV 0.1). Based on the experimental findings of this study, hard nitride coatings by physical vapor deposition method with the presence of an intermediate layer of electroless Ni-P of 20 µm thickness would improve load bearing and, as a result, tribological performance of aluminum alloys. Keywords: Aluminum, interlayer, nickel-phosphorous coating, nitride hard coating, adhesion, Anodizing
آلومینیوم و آلیاژهای آن به خاطر سختی نسبتاً پایین، خوردگی و ضریب اصطکاک بالا، مشخصات تریبولوژیکی ضعیفی دارند و باید پوشش دهی شوند، اما پوشش های نازک سخت اگر بطور مستقیم روی آنها اعمال گردد، چسبندگی و بارپذیری کافی برای کاربردهای تریبولوژیکی حاصل نمی شود. در پژوهش حاضر خواص تریبولوژیکی و مکانیکی پوشش TiCrN و تاثیر لایه میانی نیکل- فسفر و لایه اکسیدی بر چسبندگی، ضریب اصطکاک و بارپذیری پوشش مورد بررسی قرار گرفت. با استفاده از روش رسوب فیزیکی بخار (فرایند قوس کاتدی)، پوشش های TiN، CrN و TiCrN روی فلز پایه از جنس آلومینیوم آلیاژی 6061 اعمال شد. قبل از اعمال پوشش سخت نیتریدی روی آلیاژ آلومینیوم، از پوشش نیکل- فسفر و اکسید آلومینیوم به عنوان لایه میانی استفاده شده است. لایه میانی به روش الکترولس در دو ضخامت 10 و 20 میکرومتر و به روش آندایزینگ در دو ضخامت 20 و 40 میکرومتر روی زیرلایه آلومینیومی ایجاد و سپس پوشش نیتریدی چندلایه نیترید تیتانیوم- کروم در دو ضخامت 2 و 5 میکرومتر رسوب داده شد. بررسی خواص پوشش ها توسط پراش پرتو ایکس (XRD)، میکروسکوپ نوری، میکروسکوپ الکترونی روبشی، میکروسختی سنج و زبری سنجی صورت گرفت. رفتار سایشی و اصطکاکی پوشش ها توسط دستگاه سایش گلوله روی دیسک ارزیابی شد. یافته های پژوهش نشان داد که پوشش نیترید تیتانیوم- کروم اعمال شده بر زیرلایه باعث کاهش ضریب اصطکاک از 8/0 به کم تر از 3/0 شده است. بهترین رفتار سایشی از لایه میانی نیکل- فسفر ضخیم بدست آمد. مطالعه سطوح سایش با میکروسکوپ الکترونی روبشی و آنالیز EDS نشان داد که پوشش های سخت با ضخامت 5 میکرون آسیب کم تری دیده اند و در کاربردهای تریبولوژیکی، پایداری و عمر موثر طولانی تر و ضریب اصطکاک کم تری نسبت به پوشش های نیتریدی با ضخامت 2 میکرون دارند. سایش خراشان و چسبان دو مکانیزم غالب سایش در این پوشش ها شناسایی شد. سختی نمونه ها پس از رسوب پوشش میانی بهبود یافت و به حدود 600 ویکرز و بعد از رسوب پوشش نیتریدی به بیش از 2000 ویکرز رسید. چسبندگی پوشش نیتریدی توسط آزمون چسبندگی راکول و یافته های آزمایشگاهی حاکی از چسبندگی بیشتر نمونه حاوی لایه میانی نسبت به نمونه بدون آن بود. آلومینیوم و آلیاژهای آن با وجود داشتن خواص مکانیکی و فیزیکی مطلوب به خاطرعواملی مانند سختی نسبتاً پایین، ضریب اصطکاک بالا و مقاومت سایشی ناکافی در برخی از کاربردها، محدودیت دارند. برای غلبه بر این مشکلات براساس یافته های این پژوهش با پوشش دهی با روش رسوب فیزیکی بخار و حضور لایه میانی باعث بهبود سختی، ضریب اصطکاک، رفتار سایشی و بارپذیری شدیم. کلمات کلیدی آلومینیوم، الکترولس نیکل- فسفر، رسوب فیزیکی بخار، بارپذیری، چسبندگی، پوشش سخت نیتریدی.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی