Skip to main content
SUPERVISOR
Abdolmajid Eslami,Fakhreddin Ashrafizadeh
عبدالمجيد اسلامي (استاد مشاور) سيدفخرالدين اشرفي زاده (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mohamad ali Sadafi
محمدعلي صدفي

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 اين پژوهش پوشش چند لايه نانوساختار CrN/CrAlN به روش رسوب فيزيکي بخار توسط قوس کاتدي روي زير لايه ي فولاد زنگ نزن AISI420 رسوب داده شد. به منظور ارزيابي اثر تعداد لايه ها روي رفتار خوردگي پوشش، دو نوع پوشش 7 لايه و 13 لايه با لايه رويي CrCN ايجاد شد. ساختار کريستالي و اندازه دانه پوشش توسط آزمون پراش پرتو ايکس (XRD) مورد ارزيابي قرار گرفت. ضخامت پوشش و طراحي لايه بندي پوشش ها به وسيله ي ميکروسکوپ الکتروني روبشي نشر ميداني (FESEM) و ميکروسکوپ الکتروني روبشي (SEM) اندازه گيري شد. مورفولوژي سطح پوشش به وسيله SEM مورد بررسي قرار گرفت و با نرم افزار MIP اطلاعات هندسي ماکروذرات ايجاد شده روي سطح پوشش اندازه گيري شد. به وسيله آزمون طيف سنجي توزيع انرژي (EDS) نسبت اتمي Al/Cr=1.6 در لايه CrAlN به دست آمد. اندازه ميانگين زبري پوشش قبل از پرداخت سطحي 6/0 ميکرون بود که با پرداخت سطحي به 2/0 ميکرون رسيد. با استفاده از آزمون راکول کيفيت چسبندگي پوشش با اندازه ميانگين زبري زير لايه متفاوت (06/0 و 02/0 ميکرون) مورد ارزيابي قرار گرفت و نشان داده شد که ميزان چسبندگي پوشش روي زير لايه زبرتر بهبود يافته است. سطح شکست پوشش توسط SEM مورد ارزيابي قرار گرفت و نشان داده شد شکست پوشش کاملا ترد رخ داده است. خواص مکانيکي پوشش به وسيله آزمون نانوسختي سنجي مورد ارزيابي قرار گرفت و سختي 2500 ويکرز، مدول الاستيک GPa 303 و سفتي پوشش mN/nm 16/0 به دست آمد. رفتار خوردگي پوشش ها توسط آزمون هاي طيف سنجي امپدانس الکتروشيميايي و پلاريزاسيون پتانسيوديناميک با محلول 5/3 درصد وزني NaCl بررسي شد. آزمون طيف سنجي امپدانس الکتروشيميايي نشان داد رفتار خوردگي پوشش 13 لايه برتر از پوشش 7 لايه است. آزمون پلاريزاسيون پتانسيوديناميک نشان داد نمونه با 13 لايه نسبت به نمونه 7 لايه از پتانسيل خوردگي بالاتر و چگالي جريان کمتر برخوردار است. اين دو آزمون براي پوشش هاي پرداخت سطحي شده و بدون پرداخت سطحي مورد استفاده قرار گرفت. نتايج نشان داد وجود آلودگي سطحي و ماکروذرات به شدت مقاومت خوردگي پوشش را کاهش مي دهد. سطح پوشش بعد از آزمون توسط SEM بررسي شد و با توجه به تعداد حفره هاي تشکيل شده روي سطح و اندازه حفره ها، برتري خواص خوردگي نمونه 13 لايه اثبات شد. آزمون پاشش مه نمک بعد از 400 ساعت، نشان داد نمونه پوشش 13 لايه از مقاومت به خوردگي بالاتري برخوردار است و اثر تخريب کمتري روي سطح آن ايجاد شد. با استفاده از آزمون تريبوخوردگي اثر هم زمان سايش و خوردگي روي پوشش مطالعه شد. ضريب اصطکاک پوشش غوطه ور در محلول 5/3 درصد وزني NaCl و اعمال بار N6، 12/0 به دست آمد. پتانسيل مدار باز خوردگي پوشش بر اثر اعمال بار و ايجاد نقاط فعال کاهش و بعد از باربرداري افزايش يافت ولي نسبت به پتانسيل قبل از بارگذاري کمتر گزارش شد. بر اساس يافته هاي اين تحقيق، پوشش نيتريدي 13 لايه رفتار خوردگي بهتري در آزمون هاي الکتروشيمي و پاشش مه نمک اثبات نمود. واژه هاي کليدي: پوشش نيتريدي چندلايه، رسوب فيزيکي بخار، CrN/CrAlN، رفتار خوردگي، تريبوخوردگي،

ارتقاء امنیت وب با وف بومی