Skip to main content
SUPERVISOR
Ali Shafyei,Ahmad Rezaian,Parviz Kameli
علي شفيعي (استاد راهنما) احمد رضائيان (استاد راهنما) پرويز کاملي (استاد مشاور)
 
STUDENT
Ali Obeydavi
علي عبيداوي

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1392

TITLE

Synthesis and investigation of properties of Fe-based metallic glass thin films prepared by physical vapor deposition
لايه هاي نازک شيشه فلزي برپايه آهن به علت خواص مکانيکي و مقاومت به سايش عالي، مقاومت به خوردگي خوب وهزينه پايين جهت کاربرد به عنوان پوشش هاي محافظ بر روي محصولات الکترونيکي، کاربرد در ابزار برش مانند تيغ هاي جراحي و کاربردهاي پزشکي، ذخيره ساز هاي مغناطيسي-نوري، سيستم هاي مکانيکي الکترونيکيميکرو و نانو مانند ميکرو عملگرها، سنسورها و ميکروموتورها پيشنهاد شدند.با اين حال جدي ترين چالش براي آنها در هنگام بکارگيري در کاربردهاي فوق، سختي نسبتاً پايين و همچنين مقاومت به خوردگي حفره اي ضعيف در محيط هاي حاوي يون کلراست. در اين پژوهش، لايه هاي نازک شيشه فلزي پايه آهن Fe 44 Cr 16 Mo 14 Co 7 C 10 Si 5 B 5 توسط روش هاي کندوپاش و پالس ليزر بر روي زير لايه هافولاد زنگ نزن304 ، شيشه و ويفر سيليکوني اعمال شدند. در روش کندوپاش مغناطيسي،تاثير جريان کندوپاش (توان کندوپاش) و در روش پالس ليزر تاثير تعداد پالس، انرژي ليزر و ميدان مغناطيسي بر روي خواص فيلم ها بررسي شد. همچنين براي بررسي پايداريحرارتي لايه هاي نازک شيشه فلزي Fe 44 Cr 16 Mo 14 Co 7 C 10 Si 5 B 5 در جريان کندوپاش 3/0 آمپر، عمليات حرارتي در خلاء انجام پذيرفت.به منظور بررسي اثر فسفر بر روي خواص لايه هاي نازک شيشه فلزي پايه آهن، فيلم هايFe 46 Cr 23 Mo 14 Co 7 B 5 Si 5 و Fe 40 Cr 23 Mo 14 Co 7 P 6 B 5 Si 5 توسط روش کندوپاش تهيه شدند. در اين پژوهش به منظور پيش بيني تشکيل ساختارآمورف از مدل مديما توسعه يافته و فاکتور دلتا استفاده شد.بررسي کارايي مدل هاي ترموديناميکي (مدل مديما) و سينيتيکي (اختلاف سايزاتمي) توسط لايه نشاني همزمان تارگت هاي CoCrFeMnNi و Si به بحث گذاشته شد. تارگت هاي لايه نشاني با ترکيب هاي فوق الذکرتوسط فرآيند متالورژي پودر(آلياژسازي مکانيکي و فرآيند زينتر به کمک قوس پلاسما) ساخته شدند. به منظور مشخصه يابي پلاسما و تاثير جريان کندوپاش بر روي چگالي پلاسما از تکنيک طيف سنجي نشري اپتيکي استفاده شد. خواص ساختاري توسط XRD، TEM و DSC، مورفولوژي سطح،ترکيب شيميايي و ضخامت لايه ها توسط SEM، زبري و توپوگرافي سطح توسط AFM ، خواص مکانيکي توسط نانوفرورونده،چقرمگي شکست به کمک دستگاه ميکروسختي و نانوفرورونده، خواص سايشي توسط نانوخراش ودر نهايت رفتارخوردگي توسط آناليز هاي الکتروشيميايي پولاريزاسيون پتانسيودايناميک، پتانسيو استاتيک و طيف سنجي امپدانس الکتروشيميايي انجام پذيرفت. نتايج آناليز فاز توسط اشعه ايکس نشان دهنده تشکيل ساختار آمورف و ايجاد لايه نازک شيشه فلزي در ترکيب هاي Fe 44 Cr 16 Mo 14 Co 7 C 10 Si 5 B 5 در تمامي جريان هاي کندوپاش، درترکيب هايFe 46 Cr 23 Mo 14 Co 7 B 5 Si 5 و Fe 40 Cr 23 Mo 14 Co 7 P 6 B 5 Si 5 و در ترکيب Fe 44 Cr 16 Mo 14 Co 7 C 10 Si 5 B 5 در روش لايه نشاني پالس ليزر در پالس ها و انرژي هاي مختلف ليزر شد که ساختار آمورف توسط ميکروسکوپ الکتروني عبوري و الگوي هاي الکتروني ناحيه انتخابي تاييد شد. مدل مديماي توسعه يافته و فاکتور دلتا نيز براي تارگت هاي فوق الذکر، تمايل تشکيل ساختار آمورف وايجاد لايه نازک شيشه فلزي را پيش بيني کرده بود که به خوبي با نتايج عملي درتوافق بود. همچنين استفاده از مدل هاي فوق الذکر جهت پيش بيني ساختارهاي آمورف ومحلول جامد براي ترکيب CoCrFeMnNiSi X در مقادير مختلف Si بسيار موثر بود. استفاده از جريان هاي (توان) کندوپاش مختلف وافزودن فسفر در روش کندوپاش مغناطيسي و همچنين تغيير تعداد پالس، انرژي ليزر واستفاده از ميدان مغناطيسي 220 ميلي تسلا در روش پالس ليزر باعث تغيير در خواصساختاري مانند مورفولوژي سطح، ميکروساختار سکشن عرضي و زبري سطح شدند. افزايش جريان (توان)کندوپاش از 1/0 به 3/0 آمپر در لايه هاي نازک شيشه فلزي باعث افزايش سختي و مدول يانگ به ترتيب تا1/004/11 و 6/2 242گيگا پاسکال، افزايش مقاومتپلاريزاسيون تا 88/2 مگا اهم در سانتي متر مربع، افزايش چقرمگي شکست تا MPa m 1/2 33/077/6و همچنين کاهش ضريباصطکاک تا 23/0 و در نهايت افزايش مقاومت به سايش شد. افزودن فسفر نيز باعث افزايش سختي و مدول يانگ به ترتيب تا 1/0 30/10 و6/9 98/326 گيگاپاسکال، افزايش چقرمگي شکست تا MPa m 1/2 43/0 62/6 و افزايش چشمگير مقاومت پلاريزاسيون تا 157 مگا اهم در سانتي متر مربع شد. انجام عمليات حرارتي درخلاء لايه نازک شيشه فلزي پايه آهن Fe 44 Cr 16 Mo 14 Co 7 C 10 Si 5 B 5 تهيه شده توسط روش کندوپاشمغناطيسي در دماي 500واستفاده از ميدان مغناطيسي 220 ميلي تسلا در روش پالس ليزر باعث ايجاد ساختارآمورف/نانوکريستالي شد. مقاومت به خوردگي لايه هاي نازک شيشه فلزي پايه آهن با ساختار آمورف در مقايسه با اين ساختار کامپوزيتي آمورف/نانوکريستالي بيشتر بود درصورتي که خواص مکانيکي ساختار آمورف/نانوساختار در لايه نازک پايه آهن تهيه شده با استفاده از روش کندوپاش بالاتر بود. کلمات کليدي: رسوب گذاري از فاز بخار، لايه نازک شيشه هايفلزي پايه آهن، خواص مکانيکي، رفتار خوردگي، فولاد زنگ نزن 304

ارتقاء امنیت وب با وف بومی