Skip to main content
SUPERVISOR
Saleh Akbarzadeh,Alireza Alafchian
صالح اکبرزاده (استاد راهنما) علیرضا علافچیان (استاد مشاور)
 
STUDENT
Ali Nikuyimanesh
علی نیکویی منش

FACULTY - DEPARTMENT

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

TITLE

Numerical and experimental study of the wear behavior of nano TiN coating on steel substrate
Wear is one of the destructive mechanisms which can deteriorate performance of many industrial systems and limit the life of structures. Due to the high surface to volume ratio and effect of parameters such as grain size, grain boundary, dislocation density and porosity on mechanical properties of nanostructured materials, the study of wear in nano materials is more important than other conventional materials. Titanium Nitride (TiN) coatings are thin protective surface coatings used to reduce friction and minimize wear in a wide range of applications. TiN intermetallic is being recognized as a high temperature structural material because of its excellent oxidation resistance, high thermal conductivity, resistant surface, even coloring of the entire surface, UV-resistant and corrosion character, low density and high melting point. These properties have made TiN a suitable material for coating different industrial components to improve their wearing, corrosion and oxidation resistance. A number of attempts have been made to overcome this draw back. In this work, nanocrystalline TiN powder was deposited on low carbon steel substrates by using physical vapor deposition (PVD) technique. Nanoindentation test was then carried out to obtain the mechanical properties of the coating. Next, the wear tests were performed with a pin on disk machine without lubrication under different load and speed conditions. Archard equation was used to determine the wear of the material. FE model was used to simulate the pin on disk experiments to obtain stresses and temperature of the surface, which seems to be in good agreement with the experimental data. A model was also developed to study the generated entropy of the tribosystem. It was shown that there is a linear relation between wear and the generated entropy. Keywords: Wear, Nanostructured TiN coating, Pin on disk test, Wear simulation, entropy and wear
سایش از جمله مکانیزم های مخربی است که می تواند عملکرد بسیاری از سیستم های صنعتی را تحت تاثیر قرار دهد و یکی از عوامل تعیین کننده عمر قطعات می باشد. ویژگی های بسیار خوب نانو مواد باعث شده تا اهمیت مطالعه سایش در این قسمت بسیار بیشتر احساس شود. پوشش نیترید تیتانیوم(TiN) به خاطر دارا بودن خواص منحصر به فردی چون مقاومت به حرارت و اکسیداسیون بالا و مقاومت به سایش خوب آن در بسیاری از قطعات صنعتی برای تقویت مقاومت به خوردگی، اکسیداسیون و سایش مورد استفاده قرار می گیرد. در کار حاضر TiN نانو ساختار (ماده ای که ابعاد ذرات کوچکتر یا مساوی 100 نانو متر باشد) با روش رسوب دهی فیزیکی بخار بر روی پایه ای فولادی نشانده شده است. خواص پوشش با استفاده از آزمون نانو فرو برش به دست آمده است و بر روی سه نمونه متفاوت آزمون سایش پین روی دیسک در بار ها و سرعت های مختلف انجام شده است که نمونه با ضخامت پوشش بالاتر مقاومت به سایش بالاتری را از خود نشان می دهد. از آن جا که فرآیند سایش غیرقابل بازگشت می باشد، باعث افزایش آنتروپی سیستم عمل می شود. اگر چه آزمون های آزمایشگاهی به نحو مطلوبی می تواند برای بررسی پدیده هایی چون سایش و تعیین مکانیزم های آن بر روی پوشش مورد نظر به کار رود، اما از آنجا که ساخت قطعه اصلی و انجام آزمایش تحت بار گذاری واقعی کاری زمان بر و گران است، به منظور برطرف کردن مشکلاتی از این دست، می توان از روش های محاسباتی یا مدل کردن در نرم افزار کمک گرفت. در کار حاضر در روشی جدید تر با استفاده از دمای به دست آمده از حل المان محدود که با دما های اندازه گیری شده تجربی مقایسه شده اند، ارتباط بین دما و نرخ سایش و همین طور نرخ آنروپی و نرخ سایش مطالعه شده است که به عنوان نتیجه ای از این مورد، نمودار حجم سایش در مقابل جریان آنتروپی اندازه گیری شده است می تواند ترسیم شده که ارتباط بین این موارد نیز استخراج شده است. مشاهده شد که پوشش با ضخامت بالاتر مقاومت به سایش بهتری نشان می دهد. همچنین سختی سطح نمونه از 600 در نمونه بدون پوشش و 1200 ویکرز در نمونه با پوشش با ضخامت 0.5 میکرون به مقدار بالای 3000 ویکرز در پوشش با ضخامت 5 میکرون می رسد. در این پژوهش، ارتباط بین سایش و آنتروپی بررسی شده است که بتوان برای مواد مختلف با به دست آوردن دما از تحلیل میزان سایش را مورد بررسی قرار داد کلمات کلیدی: ارتباط سایش با دما، آزمایش پین روی دیسک، پوشش نیترید تیتانیوم، سایش

ارتقاء امنیت وب با وف بومی