Skip to main content
SUPERVISOR
Abdolmajid Eslami,Fakhreddin Ashrafizadeh
عبدالمجید اسلامی (استاد مشاور) سیدفخرالدین اشرفی زاده (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mohamad ali Sadafi
محمدعلی صدفی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1393

TITLE

Evaluation of corrosion behavior of nanostructured multilayered CrN/CrAlN coatings produced by cathodic arc physical vapor deposition
In this research CrN/CrAlN nanostructured multilayer coatings were deposited on AISI 420 substrate by cathodic arc PVD. To evaluate the effect of number of layers on corrosion properties, coatings of 7 and 13 layers were compared with top layer of CrCN. Crystalline structure and grain size of coatings were studied by X-ray diffraction, thickness, surface topography and morphology of the coatings by SEM and FESEM, and macroparticles inside the coatings were measured by using MIP software. Chemical analysis by EDS revealed Al/Cr ratio equal to 1.63 in CrAlN layers. Average coating roughness was 0.62 and 0.2 µm before and after polishing, respectively. Coating adhesion, evaluated at two substrate roughness of 0.02 and 0.06 µm by Rockwell C indenter test, proved better adhesion on rougher substrate. Examination of fracture surface using SEM showed a brittle mode on the coating section. Mechanical properties were evaluated by nanohardne hardness 2500 HV, elastic modulus 303GPa and stiffness 0.16mN/nm were obtained. Corrosion behavior of the coatings was investigated by using EIS and potentiodynamic polarization in 3.5 wt% NaCl solution. EIS test showed that corrosion properties of 13 layer coating was superior to that of 7 layer specimen. Results of potentiodynamic polarization tests showed that 13 layer coating had lower corrosion current density and higher corrosion potential. Moreover, the number and size of pits created in the coating proved higher corrosion resistance of 13 layer specimen. Surface roughness and presence of droplets on the coating decreased corrosion resistance. Salt spray tests after 400 h showed a superior behavior of 13 layer coating with a lower degradation of the surface. The synergistic effect of wear and corrosion was studied in tribo-corrosion testing of the coatings. Under an applied load of 6 N, the friction coefficient was obtained 0.12. Active spots were created on the surface due to partial coating removal as a result of wear, thus, varying the open circuit potential during sliding process.
در این پژوهش پوشش چند لایه نانوساختار CrN/CrAlN به روش رسوب فیزیکی بخار توسط قوس کاتدی روی زیر لایه ی فولاد زنگ نزن AISI420 رسوب داده شد. به منظور ارزیابی اثر تعداد لایه ها روی رفتار خوردگی پوشش، دو نوع پوشش 7 لایه و 13 لایه با لایه رویی CrCN ایجاد شد. ساختار کریستالی و اندازه دانه پوشش توسط آزمون پراش پرتو ایکس (XRD) مورد ارزیابی قرار گرفت. ضخامت پوشش و طراحی لایه بندی پوشش ها به وسیله ی میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی (FESEM) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) اندازه گیری شد. مورفولوژی سطح پوشش به وسیله SEM مورد بررسی قرار گرفت و با نرم افزار MIP اطلاعات هندسی ماکروذرات ایجاد شده روی سطح پوشش اندازه گیری شد. به وسیله آزمون طیف سنجی توزیع انرژی (EDS) نسبت اتمی Al/Cr=1.6 در لایه CrAlN به دست آمد. اندازه میانگین زبری پوشش قبل از پرداخت سطحی 6/0 میکرون بود که با پرداخت سطحی به 2/0 میکرون رسید. با استفاده از آزمون راکول کیفیت چسبندگی پوشش با اندازه میانگین زبری زیر لایه متفاوت (06/0 و 02/0 میکرون) مورد ارزیابی قرار گرفت و نشان داده شد که میزان چسبندگی پوشش روی زیر لایه زبرتر بهبود یافته است. سطح شکست پوشش توسط SEM مورد ارزیابی قرار گرفت و نشان داده شد شکست پوشش کاملا ترد رخ داده است. خواص مکانیکی پوشش به وسیله آزمون نانوسختی سنجی مورد ارزیابی قرار گرفت و سختی 2500 ویکرز، مدول الاستیک GPa 303 و سفتی پوشش mN/nm 16/0 به دست آمد. رفتار خوردگی پوشش ها توسط آزمون های طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی و پلاریزاسیون پتانسیودینامیک با محلول 5/3 درصد وزنی NaCl بررسی شد. آزمون طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی نشان داد رفتار خوردگی پوشش 13 لایه برتر از پوشش 7 لایه است. آزمون پلاریزاسیون پتانسیودینامیک نشان داد نمونه با 13 لایه نسبت به نمونه 7 لایه از پتانسیل خوردگی بالاتر و چگالی جریان کمتر برخوردار است. این دو آزمون برای پوشش های پرداخت سطحی شده و بدون پرداخت سطحی مورد استفاده قرار گرفت. نتایج نشان داد وجود آلودگی سطحی و ماکروذرات به شدت مقاومت خوردگی پوشش را کاهش می دهد. سطح پوشش بعد از آزمون توسط SEM بررسی شد و با توجه به تعداد حفره های تشکیل شده روی سطح و اندازه حفره ها، برتری خواص خوردگی نمونه 13 لایه اثبات شد. آزمون پاشش مه نمک بعد از 400 ساعت، نشان داد نمونه پوشش 13 لایه از مقاومت به خوردگی بالاتری برخوردار است و اثر تخریب کمتری روی سطح آن ایجاد شد. با استفاده از آزمون تریبوخوردگی اثر هم زمان سایش و خوردگی روی پوشش مطالعه شد. ضریب اصطکاک پوشش غوطه ور در محلول 5/3 درصد وزنی NaCl و اعمال بار N6، 12/0 به دست آمد. پتانسیل مدار باز خوردگی پوشش بر اثر اعمال بار و ایجاد نقاط فعال کاهش و بعد از باربرداری افزایش یافت ولی نسبت به پتانسیل قبل از بارگذاری کمتر گزارش شد. بر اساس یافته های این تحقیق، پوشش نیتریدی 13 لایه رفتار خوردگی بهتری در آزمون های الکتروشیمی و پاشش مه نمک اثبات نمود. واژه های کلیدی: پوشش نیتریدی چندلایه، رسوب فیزیکی بخار، CrN/CrAlN، رفتار خوردگی، تریبوخوردگی،

ارتقاء امنیت وب با وف بومی