Skip to main content
SUPERVISOR
Hamidreza Salimi jazi,Ali Shafyei
حمیدرضا سلیمی جزی (استاد مشاور) علی شفیعی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mahdy Akbrzade mghdm
مهدی 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.
امروزه به منظور افزایش طول عمر و میزان کاربری، اکثر ابزارها و قطعات صنعتی تحت عملیات سطحی مختلفی قرار میگیرند که از جمله این فرایندها، ایجاد پوشش‌های نازک به روش رسوب فیزیکی بخار می باشد. پوشش های سخت نیتریدی یکی از بهترین و رایج ترین پوشش هایی هستند که در کاربردهای مختلف صنعتی از جمله به عنوان پوشش ابزار برشی و قالب های شکل دهی و ریخته گری و...مورد استفاده زیادی قرار گرفته و تاکنون تحقیقات زیادی به منظور بهبود خواص ، کاربری و نحوه اعمال آن ها صورت گرفته است. در پژوهش حاضر رفتار سه پوشش(TiCr)N، CrN و TiN اعمال شده توسط روش رسوب فیزیکی بخار با استفاده از قوس کاتدی در دو دمای رسوب دهی 400 و 100 بر روی فولاد ابزار سردکارD6 در دو زبری متفاوت زیرلایه مورد بررسی قرار گرفت. خواص فیزیکی و مکانیکی پوشش ایجاد شده همچون ریزساختار، ضخامت،ترکیب شیمیایی، فازهای تشکیل دهنده پوشش، اندازه دانه، بافت، زبری و سختی، مورد مطالعه قرار گرفته است. شناسایی فازهای موجود در پوشش توسط روش پراش اشعه ایکس (XRD) و همچنین از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و آنالیز تفکیک انرژی (EDX) جهت مطالعه ریز ساختار و مورفولوژی رشد و ترکیب پوشش استفاده گردید. بررسی خواص مکانیکی توسط آزمون نانو فرورونده صورت پذیرفت. همچنین در این پژوهش رفتار سایشی سه پوششTiN، CrN و (TiCr) مورد بررسی قرار گرفت. برای این منظور آزمون سایش لغزشی گلوله بر روی دیسک با استفاده از گلوله‌ای از جنس کاربید تنگستن بر روی نمونه های فولادی پوشش داده شده در بار های اعمالی 5 و 7 و 9 نیوتن انجام گرفت. از میکروسکوپ الکترونی روبشی و آنالیز تفکیک انرژی و میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) جهت مطالعه سطوح سایش استفاده شد. نتایج حاصل نشان می دهد که خواص هر یک از این پوشش ها با تغییر شرایط پوشش دهی متفاوت می باشد. خواص مکانیکی ازجمله سختی، مدول یانگ و سفتی در پوشش های CrN و(TiCr)N وTiN به ترتیب افزایش می‌یابد. نتایج آزمون سایش، نشان دهنده مقاومت بالاتر پوشش (TiCr)N نسبت به CrN و مقاومت ضعیف تر آن نسبت به نمونه TiN می باشد. سایش خراشان و تریبوشیمی به عنوان مهمترین مکانیزم سایش در سه پوشش معرفی شده و همچنین سایش خستگی و ورقه ای نیز به ترتیب در پوشش TiCrNو CrN به عنوان مکانیزم سایشی شناخته شد. کلمات کلیدی: رسوب فیزیکی بخار، پوشش سخت نیتریدی، پوشش سه جزیی، سایش

ارتقاء امنیت وب با وف بومی