ارزيابي ساختاري و تريبوخوردگي آلياژ كبالت كروم موليبدن ريختگي با نيتروژن دهي پلاسمايي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مواد

دكتري

جهت بهبود عملكرد آلياژهاي كبالت- كروم- موليبدن كه براي ساخت قطعات حساس در مهندسي و پزشكي كاربرد دارند، فرايندهاي گوناگون مهندسي سطح مورد تحقيق قرارگرفته¬اند. در پژوهش حاضر، تاثير فرايند نيتروژن¬دهي پلاسمايي دما پايين به¬عنوان يكي از راهكارهاي اصلاح خواص سطح بر تريبوخوردگي و بارپذيري آلياژ ريختگي كبالت- كروم- موليبدن (CoCrMo) مورد ارزيابي قرار گرفت. آلياژ CoCrMo ريختگي(F75) تحت عمليات نيتروژن‌دهي پلاسمايي در دو دماي 400 و °C 450 و در زمان¬هاي‌ 5 و 10 ساعت قرار گرفت تا توپوگرافي سطحي تركيبي در مقياس ميكرو/ نانو ايجاد شود. دو تركيب گازي شامل H2 % 80- N2 % 20 و H2 % 20- N2 % 80 مورد بررسي قرار گرفتند. جهت مشخصه‌يابي ساختار آلياژ اوليه، از متالوگرافي متداول و تكنيك پراش الكترون¬هاي برگشتي (EBSD) استفاده شد. براي آشكارسازي مرز دانه¬ها و تعيين اندازه‌ دانه‌هاي آلياژ ريختگي نيز ازنمونه¬ها اچ پلاسمايي شدند. تحليل پراش الكترون¬هاي برگشتي نشان داد كه ريزساختار شامل 68% فاز γ و 32% فاز ε است كه با نتايج پراش پرتو ايكس تطابق دارد. بررسي مقاطع عرضي با ميكروسكوپ الكتروني روبشي، لايه نيتريدي متشكل از دو بخش را نشان داد؛ لايه‌ تركيبي و لايه‌ نفوذي. پراش پرتو ايكس حاكي از حضور فازهاي نيتريدي در لايه‌ تركيبي بود كه غالبا شامل Co2N است، در حالي¬كه روش پراش پرتو ايكس با زاويه تابش كم نشان داد كه لايه‌ سطحي غالبا از CrN تشكيل شده¬است. ضخامت كلي لايه‌ نيتروژن‌دهي‌شده با افزايش زمان، دما و غلظت نيتروژن افزايش يافت؛ در تركيب گاز 80% نيتروژن، ضخامت نيتريده تقريبا دو برابر مقدار مشاهده‌شده در تركيب گاز 20% نيتروژن براي همان دما و مدت‌زمان بود. در دماي °C 450 در تركيب گاز H2 % 20- N2 % 80 با افزايش زمان از 5 به 10 ساعت، ضخامت لايه نيتريدي از حدود μm 12 به بيش از μm 20 (بيش از 5/1 برابر) افزايش يافت. اين افزايش در تركيب گاز N2 % 20 حدود 2 برابر بود. با افزايش دماي فرايند به ميزان °C 50 ضخامت لايه نيتريدي حدود 2 برابر افزايش يافت. رفتار الكتروشيميايي نمونه¬ها در محلول سالين بافر فسفات در دماي°C 37 بررسي شد. اعمال نيتروژن¬دهي مقاومت به خوردگي آلياژ را كاهش داد. با اين وجود، نيتروژن‌دهي در دماي °C 450 موجب بهبود خاصيت تر‌شوندگي سطح شد، به¬طوري كه افزايش زمان منجر به بيشترين ميزان آب‌دوستي شد كه به زبري بيشتر و ساختار تركيبي نسبت داده مي‌شود. با اعمال فرايند ميانگين زبري از μm 04/0 در نمونه عمليات¬نشده به حدود μm 1/0 در نمونه¬هاي نيتريده افزايش يافت. نيتروژن‌دهي پلاسمايي در دماي °C 450 به مدت 10 ساعت و تحت گاز 80% نيتروژن، زيست‌فعالي را بيش از 40% نسبت به نمونه‌ عمليات نشده بهبود بخشيد. نتايج نشان داد كه رفتار تريبوخوردگي آلياژCoCrMo ريختگي به¬ دليل مقاومت به سايش بالاتر با اعمال فرايند بهبود مي¬يابد. نتايج كلي اين پژوهش بيانگر آن است كه اگرچه مقاومت به خوردگي آلياژ CoCrMo ريختگي با اعمال نيتروژن¬دهي پلاسمايي كاهش مي¬يابد؛ مقاومت به سايش، رفتار تريبوخوردگي و زيست فعالي بهبود پيدا مي¬كنند.‌

234801

مجموعه مهندسي مواد

مهندسي مواد

دانشگاه صنعتي اصفهان