Skip to main content
SUPERVISOR
Ali Shafyei,Mohmmad ali Golozar
علي شفيعي (استاد راهنما) محمدعلي گلعذار (استاد راهنما)
 
STUDENT
Soroush Shahabi mohammadabadi
سروش شهابي محمدآبادي

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1387

TITLE

Creation and Evaluation the Properties of TiN, TiAlN and TiAlON Coatings on Surface of D3 Steel Using Physical Vapor Deposition Technique
Creation and Evaluation the Properties of TiN, TiAlN and TiAlON Coatings on Surface of D3 Steel Using Physical Vapor Deposition Technique Hard coatings mainly to enhance service life of tools, particularly cutting tools and machine components, as well as to achieve significantly favorable decorative properties also feature high resistance to corrosion in atmosphere, body fluid and some technologically used liquids. Despite of high hardness and wear resistance of TiN as a hard coating on tools and templates, it’s applications likehigh-speed machining in wet conditions have limitations. resence of oxygen in the coating prevents further oxidation, increase toughness and reduce probability of scaling. Aluminum content improves oxidation behavior, thermal stability and increases the hardness of coating. It is expected that advanced coatings such as TiAlN and TiAlON coatings provide better performance over simple nitrides. In this study, using a mosaic metal target, TiAlN and TiAlON coatings were deposited employing cathodic arc vapor deposition process. Wear, oxidation and corrosion behavior of these coatings in comparison with TiN coating was investigated. Optical microscopy, scanning electron microscopy and atomic force microscopy were used to study the microstructure, topography, morphology and thickness of the coatings. The phase analyses of coatings were performed by X-ray diffraction patterns. The chemical composition of coatings was evaluated by energy dispersive spectrometer (EDS). Hardness tests, oxidation tests at temperatures of 500, 600, 700 and 800 ° C, pin on disk wear tests and corrosion tests in 3.5 weight percent NaCl and 10 volume percent HCl solutions were also done. In addition, the effect of heat treatment on corrosion behavior of these coatings in 3.5 weight percent NaCl solution was evaluated. AFM results show that changing alloying elements can change structure and density of coating. Decreasing the nitrogen content of coating causes increase the surface roughness and decrease coating density while the presence of aluminum increases the hardness and thermal stability of titanium base nitride coatings. The presence of oxygen in the physical vapor deposition coatings causes the formation of amorphous oxide phases, reduce stiffness and increase thermal stability of the coatings. Results of wear tests showed a better wear behavior of TiAlN coatings in comparison with other ones. After 500 m wear, under normal load of 6 N, TiAlN coating had minimum friction coefficient and lowest increase in wear width. canning electron microscopy tests revealed different wear mechanisms on the surface of the test specimens.
چکيده پوشش هاي سخت به طور عمده به منظور افزايش طول عمر ابزارها، به خصوص ابزار برش و قطعات دستگاه ها، و هم چنين براي رسيدن به خواص تزئيني مطلوب و قابليت مقاومت بالا در برابر خوردگي در اتمسفر، مايع بدن و برخي مايعات صنعتي استفاده مي شود. TiN به عنوان پوشش سخت بر روي ابزارها و قالب ها علي رغم سختي بالا و مقاومت به سايش، در هنگام ماشينکاري با سرعت بالا و در شرايط مرطوب داراي محدوديت است. با توجه به اينکه حضور اکسيژن در اين پوشش ها از اکسايش بيشتر آن ها جلوگيري مي‌کند و افزايش چقرمگي و کاهش احتمال پوسته شدن و تراشه شدن پوشش را به همراه دارد و مشارکت آلومينيم در اين پوشش ها باعث بهبود رفتار اکسايشي و پايداري حرارتي و افزايش سختي آن ها مي شود، لذا انتظار مي رود که پوشش هاي پيشرفته تري نظير پوشش هاي TiAlON و TiAlN عملکرد بهتري نسبت به نيتريدهاي ساده داشته باشند. در اين پژوهش با ساخت فلز هدف موزائيکي، پوشش هاي TiAlN و TiAlON توسط فرايند تبخير قوس کاتدي ايجاد شد. پس از آن رفتار سايشي، اکسايشي و خوردگي اين دو پوشش در مقايسه با پوشش TiN مورد بررسي قرار گرفت. جهت بررسي ريزساختار حاصل از فرايند تبخير قوس کاتدي، بررسي برجسته نگاري، ريخت شناسي و ضخامت پوشش ها از ميکروسکوپ نوري، ميکروسکوپ الکتروني روبشي و ميکروسکوپ نيروي اتمي استفاده شد. هم چنين آناليز فازي پوشش‌هاي ايجاد شده توسط پراش سنج پرتو ايکس انجام گرفت. ارزيابي ترکيب شيميايي پوشش ها نيز توسط طيف نگار تفکيک انرژي انجام گرفت. ارزيابي خواص نمونه‌هاي پوشش داده شده توسط سختي‌سنجي، آزمون اکسايش در دماهاي 500، 600، 700 و 800 درجه سانتيگراد، آزمون سايش پين روي ديسک و آزمون خوردگي در محلول هاي 5/3 درصد وزني NaCl و 10 درصد حجمي HCl صورت گرفت. هم چنين تاثير عمليات حرارتي بر رفتار خوردگي اين پوشش ها در محلول 5/3 درصد وزني NaCl مورد ارزيابي قرار گرفت. نتايج ميکروسکوپ نيروي اتمي نشان داد که وجود عناصر آلياژي باعث تغيير ساختار و چگالي پوشش مي شود. نتايج نشان داد که کاهش ميزان نيتروژن پوشش باعث افزايش زبري سطح و کاهش چگالي پوشش مي‌شود در حالي که حضور آلومينيوم باعث افزايش سختي و پايداري حرارتي پوشش هاي نيتريدي پايه تيتانيم مي شود. هم چنين حضور اکسيژن در ترکيب پوشش هاي رسوب فيزيکي بخار باعث تشکيل فازهاي اکسيدي غير بلوري، کاهش سختي و افزايش پايداري حرارتي اين پوشش ها مي‌شود. نتايج انجام آزمون سايش روي نمونه‌هاي مختلف بيانگر رفتار سايشي مناسب‌تر پوشش TiAlN در مقايسه با پوشش هاي ديگر بود به طوري که بعد از 500 متر سايش، تحت بار 6 نيوتن، پوشش TiAlN کم ترين ضريب اصطکاک و کم ترين افزايش عرض سايش را نشان داد. اگرچه بررسي سطوح و ذرات سايش نمونه‌هاي مختلف، مکانيزم‌هاي سايش متفاوت را نشان داد. نتايج آزمون خوردگي روي نمونه‌هاي مختلف، رفتار خوردگي بهتر پوشش TiN در محلول NaCl و پوشش TiAlON در محلول HCl را در مقايسه با پوشش هاي ديگر نشان داد. هم چنين نتايج نشان داد که عمليات حرارتي باعث بهبود رفتار خوردگي پوشش‌ها مي شود. کلمات کليدي: پوشش هاي نيتريدي پايه تيتانيم، تبخير قوس کاتدي، رسوب فيزيکي بخار، اکسايش، سايش، خوردگي

ارتقاء امنیت وب با وف بومی