تأثیر فرآیند دوتایی نیتروژن دهی پلاسمایی و رسوب فیزیکی بخار بر ساختار آلیاژ Ti 6Al 4V

هدف از پژوهش حاضر ارزیابی و مقایسه مشخصه‌های ساختار سطحی آلیاژ Ti 6Al 4V پس از انجام دو فرآیند مهندسی سطح شامل فرآیند     نیتروژن‌دهی پلاسمایی و فرآیند دوتایی نیتروژن‌دهی پلاسمایی و لایه‌نشانی نیترید تیتانیم به‌وسیله رسوب فیزیکی از فاز بخار است. عملیات     نیتروژن‌دهی پلاسمایی در دماهای 700، 750، 800 و °C850 به‌مدت 10 ساعت با ترکیب گاز نیتروژن و هیدروژن با نسبت 4 به 1 انجام شد. جهت انجام فرآیند دوتایی، لایه‌TiN به‌روش رسوب فیزیکی بخار به‌کمک پلاسمای قوس کاتدی، روی سطح نمونه‌های نیتروژن‌دهی پلاسمایی‌شده، نشانده شد. مشخصه‌یابی ساختار سطح و مقطع نمونه‌ها توسط میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM)، میکروسکپ الکترونی روبشی (SEM)، طیف‌سنج تفکیک‌کننده انرژی (EDS)، پراش‌سنج پرتو ایکس (XRD) و سختی‌سنج ویکرز انجام شد. در حالی‌که لایه‌نشانی نیترید تیتانیم به‌تنهایی منجر به تشکیل فاز TiN-δ ‌شـده، نیتروژن‌دهی پلاسـمایی آلیاژ Ti 6Al 4V، باعث ایجـاد لایه‌ ترکیبی، شامل فـازهای -TiNδ و -Ti2Nε، ناحیه‌ غنی از آلومینیم و ناحیه نفوذی حاصل از نفوذ نیتروژن و تشکیل محلول جامد بین‌نشین، شده است. الگوهای پراش پرتو ایکس مربوط به فرآیند دوتایی نشان‌دهنده‌ حضور هم‌زمان پیک‌های متعلق به فازهای تشکیل‌شده در اثر هر دو فرآیند است. هرچند ساختارهای حاصل از هرکدام از دو فرآیند به‌تنهایی سختی سطح را افزایش داده است، سختی سطح خارجی در شرایط پوشش دوتایی در مقایسه با نمونه‌های نیتروژن‌دهی پلاسمایی‌شده به‌طور قابل توجهی افزایش یافته است. فصل‌مشترک ممزوج‌شده لایه‌ TiN (حاصل از فرآیند PVD) با لایه‌ ترکیبی (حاصل از نیتروژن‌دهی پلاسمایی)  نقش مهمی در کارایی پوشش دوتایی داشته است. با افزایش دمای نیتروژن‌دهی‌پلاسمایی نه‌تنها نرخ تشکیل لایه‌ TiN ایجاد‌شده با روش رسوب فیزیکی بخار افزایش ‌یافته، بلکه پیوستگی لایه‌ TiN به لایه ترکیبی نیز بهبود یافته است.