Skip to main content
SUPERVISOR
Fakhreddin Ashrafizadeh
سيدفخرالدين اشرفي زاده (استاد راهنما)
 
STUDENT
Nooshin Ostovar
نوشين استوار

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1394
A B S T R A C T Aluminum alloys have favorable properties such as low density, high ductility and good machinability; but poor tribological behavior, nevertheless thin hard coatings cannot be directly applied onto their surface. In this research, physical vapor deposited Ti-Cr-N coatings were prepared at temperatures between 200 to 500 ° C in two thicknesses of 2 and 5 micrometers by cathodic arc on 6061 aluminum alloy substrate. Electroless Ni-P plating in two thicknesses of 10 and 20 micrometers and anodized layers in two thicknesses of 20 and 40 micrometers were employed as interlayers. Microstructure and mechanical properties of the coatings including roughness, adhesion, phase composition, hardness and coefficient of friction were studied. Phase compositions were identified by X-ray diffraction method. The frictional behavior of the coatings were studied using ball-on-disc tests under a normal load of 100 g. The results of this study showed that titanium-chromium nitride coatings applied to the substrate reduced friction coefficient from 0.8 to less than 0.3. Adhesion of the coatings to aluminum substrate was qualitatively evaluated by Rockwell C indentation tests. Surface hardness values were as high as 2000 (HV 0.1). Based on the experimental findings of this study, hard nitride coatings by physical vapor deposition method with the presence of an intermediate layer of electroless Ni-P of 20 µm thickness would improve load bearing and, as a result, tribological performance of aluminum alloys. Keywords: Aluminum, interlayer, nickel-phosphorous coating, nitride hard coating, adhesion, Anodizing
چکيده آلومينيوم و آلياژهاي آن به خاطر سختي نسبتاً پايين، خوردگي و ضريب اصطکاک بالا، مشخصات تريبولوژيکي ضعيفي دارند و بايد پوشش دهي شوند، اما پوشش هاي نازک سخت اگر بطور مستقيم روي آنها اعمال گردد، چسبندگي و بارپذيري کافي براي کاربردهاي تريبولوژيکي حاصل نمي شود. در پژوهش حاضر خواص تريبولوژيکي و مکانيکي پوشش TiCrN و تاثير لايه مياني نيکل- فسفر و لايه اکسيدي بر چسبندگي، ضريب اصطکاک و بارپذيري پوشش مورد بررسي قرار گرفت. با استفاده از روش رسوب فيزيکي بخار (فرايند قوس کاتدي)، پوشش هاي TiN، CrN و TiCrN روي فلز پايه از جنس آلومينيوم آلياژي 6061 اعمال شد. قبل از اعمال پوشش سخت نيتريدي روي آلياژ آلومينيوم، از پوشش نيکل- فسفر و اکسيد آلومينيوم به عنوان لايه مياني استفاده شده است. لايه مياني به روش الکترولس در دو ضخامت 10 و 20 ميکرومتر و به روش آندايزينگ در دو ضخامت 20 و 40 ميکرومتر روي زيرلايه آلومينيومي ايجاد و سپس پوشش نيتريدي چندلايه نيتريد تيتانيوم- کروم در دو ضخامت 2 و 5 ميکرومتر رسوب داده شد. بررسي خواص پوشش ها توسط پراش پرتو ايکس (XRD)، ميکروسکوپ نوري، ميکروسکوپ الکتروني روبشي، ميکروسختي سنج و زبري سنجي صورت گرفت. رفتار سايشي و اصطکاکي پوشش ها توسط دستگاه سايش گلوله روي ديسک ارزيابي شد. يافته هاي پژوهش نشان داد که پوشش نيتريد تيتانيوم- کروم اعمال شده بر زيرلايه باعث کاهش ضريب اصطکاک از 8/0 به کم تر از 3/0 شده است. بهترين رفتار سايشي از لايه مياني نيکل- فسفر ضخيم بدست آمد. مطالعه سطوح سايش با ميکروسکوپ الکتروني روبشي و آناليز EDS نشان داد که پوشش هاي سخت با ضخامت 5 ميکرون آسيب کم تري ديده اند و در کاربردهاي تريبولوژيکي، پايداري و عمر موثر طولاني تر و ضريب اصطکاک کم تري نسبت به پوشش هاي نيتريدي با ضخامت 2 ميکرون دارند. سايش خراشان و چسبان دو مکانيزم غالب سايش در اين پوشش ها شناسايي شد. سختي نمونه ها پس از رسوب پوشش مياني بهبود يافت و به حدود 600 ويکرز و بعد از رسوب پوشش نيتريدي به بيش از 2000 ويکرز رسيد. چسبندگي پوشش نيتريدي توسط آزمون چسبندگي راکول و يافته هاي آزمايشگاهي حاکي از چسبندگي بيشتر نمونه حاوي لايه مياني نسبت به نمونه بدون آن بود. آلومينيوم و آلياژهاي آن با وجود داشتن خواص مکانيکي و فيزيکي مطلوب به خاطرعواملي مانند سختي نسبتاً پايين، ضريب اصطکاک بالا و مقاومت سايشي ناکافي در برخي از کاربردها، محدوديت دارند. براي غلبه بر اين مشکلات براساس يافته هاي اين پژوهش با پوشش دهي با روش رسوب فيزيکي بخار و حضور لايه مياني باعث بهبود سختي، ضريب اصطکاک، رفتار سايشي و بارپذيري شديم. کلمات کليدي آلومينيوم، الکترولس نيکل- فسفر، رسوب فيزيکي بخار، بارپذيري، چسبندگي، پوشش سخت نيتريدي.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی