ارزيابي و مدلسازي بارپذيري، خواص سايشي و خوردگي پوشش هاي دولايه نيكل فسفر- نيتريد تيتانيوم بر زيرلايه آلومينيوم 6061

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مواد

دكتري

پوشش هاي دولايه NiP/TiN بر آلياژ آلومينيوم AA6061 با استفاده از فرايندهاي الكترولس و رسوب فيزيكي بخار، به منظور بهبود ظرفيت بارپذيري، و خواص سايشي و خوردگي اعمال شده اند. در پژوهش پيش رو سه هدف پيگيري شده است: الف) مدلسازي و تعريف كمّي ظرفيت بارپذيري، ب) مدلسازي مشخصه هاي تريبولوژيكي، ج) مدلسازي چگالي جريان خوردگي. مدلسازيِ بارپذيري نمونه ها بر اساس سه متغير شامل ضخامت پوشش (از 7 تا 30 ميكرون)، چسبندگي (از 8 تا 24 مگاپاسكال) و مدول الاستيك (از241 تا 347 گيگاپاسكال)، با استفاده از روش هاي حداقل مربعات جزئي (PLS) و رگرسيون بردار پشتيبان (SVR)، انجام شد. نتايج مدلسازي ها حاكي از آن بود كه هر دو مدل داراي دقت خوبي هستند؛ با اين حال، مدل PLS از SVR عملكرد بهتري را نشان داد. ضريب همبستگي كه نشان دهنده ارتباط خطي ميان متغيرها است، بين فاكتورهاي ضخامت (X1) ، چسبندگي (X2) و مدول الاستيك (X3) با ظرفيت بارپذيري (Y) به ترتيب 0.8500، 0.8092 و 0.7657 به دست آمد؛ بدين ترتيب ضخامت مهمترين عاملِ موثر بر بارپذيري شناخته شد. بارپذيري نمونه ها به صورت تجربي با استفاده از آزمايش هاي سايش و چسبندگي ارزيابي شد. سطح ساييده شده نمونه ها توسط ميكروسكوپ الكتروني روبشي مورد بررسي قرار گرفت و نتايج حاكي از آن بود كه پوشش هاي با ظرفيت بارپذيري بالاتر، عملكرد تريبولوژيكي بهتري از خود نشان مي دهند. براي اين پوشش ها تحت بار 2 نيوتن و پس از طي مسافت 100متر، پوشش TiN دچار سايش خفيف شد و لايه مياني و زيرلايه محفوظ ماندند. در بخش بعدي پژوهش، براي نمونه بهينه (نمونه اي با بالاترين ظرفيت بارپذيري) با دو لايه پوشش هاي نيكل ِفسفر متوسط و TiN، به ترتيب با ضخامت هاي 25 و 5 ميكرون، مدلسازي خواص سايشي و خوردگي با استفاده از روش سطح پاسخ (RSM) انجام شد و اثرات بار اعمالي، سرعت چرخش و طول مسير سايش بر رفتار تريبولوژيكي، با استفاده از آزمون گلوله روي ديسك بررسي شد. همچنين، بعد از مقايسه رفتار خوردگي پوشش هاي تك لايه و دولايه در محلول سديم كلريد خنثي با دماي 25 درجه سانتي گراد و غلظت mol/L 0.6، اثراتِ همزمانِ دما، pH و غلظت كلر بر چگالي جريان خوردگي مورد ارزيابي قرار گرفت. مدل هاي ارايه شده، عمق سايش، ضريب اصطكاك و چگالي جريان خوردگيِ نمونه بهينه را به ترتيب با ضريب تعيين % 99.95، % 94.39 و % 92.51 پيش بيني كردند. آناليز سايش با استفاده از RSM نشان داد كه بار اعمالي، مهمترين فاكتور موثر بر عمق سايش و ضريب اصطكاك است. نمونه بهينه در بار 2 نيوتن دچار سايش خفيف شد و در بار 12 نيوتن، هر دو لايه پوشش به طور كامل تخريب شدند. با استفاده از آزمون امپدانس الكتروشيميايي، لايه مياني در نمونه بهينه از طريق مسدودكردن حفرات پوشش رويي، منجر به مقاومت به خوردگي بالايي شد؛ پس از 1 روز غوطه وري در محلول mol/L 0.6 كلريد سديم، هر دو پوشش در حفاظت از زيرلايه نقش داشتند. با افزايش زمان غوطه وري به 7 روز، حضور حلقه القايي نشانگر تماس محلول خورنده به صورت موضعي با لايه مياني بود؛ در حقيقت پوشش TiN در آن مناطق عملكرد سديِ خود را از دست داده اما پوشش NiP همچنان محافظ زيرلايه بود. بر اساس آزمون هاي پلاريزاسيون پتانسيوديناميك، pH موثرترين عامل براي چگالي جريان خوردگي شناخته شد؛ چگالي جريان خوردگي با افزايش دما و كاهش pH محلول افزايش يافت. رفتار خوردگي پوشش دولايه NiP/TiN در سطوح مختلف pH (2، 7 و 12)، كاهش 25 برابريِ چگالي جريان خوردگي را در يك محيط قليايي در مقايسه با محلول اسيدي نشان داد. با توجه به نتايج به دست آمده، مدل هاي ارايه شده براي پيش بيني بارپذيري، و خواص سايشي و خوردگيِ پوشش هاي دولايه در كاربردهاي آينده مناسب مي باشند؛ با اين حال، توسعه مدل ها به كاراييِ بيشتر آنها كمك خواهد نمود.

212743

مهندسي مواد

مهندسي مواد

دانشگاه صنعتي اصفهان

ريحانه ريخته گران

بهروز موحدي، مهران نحوي، عبدالمجيد اسلامي

فخرالدين اشرفي زاده، مسعود عطاپور