در این تحقیق، با استفاده از روش رسوب گذاری شیمیایی از فاز بخار با بهره گیری از پلاسما (pacvd) بر روی فولاد گرم کار aisi h11 (1.2343) با لایه ای از tin پوششدهی شد. برای دستیابی به خواص مطلوب پوشش، قبل از عملیات لایه نشانی، بستر آزمایش با ترکیب گاز 25% نیتروژن و 75% هیدروژن مورد عملیات نیتروژن دهی پلاسمایی قرار گرفت. متغیرهای آزمایش عبارتنداز درصد چرخه کار، دمای لایه نشانی، مدت زمان رسوبدهی، فرکانس، ولتاژ اعمالی و ترکیب گازهای نیتروژن، هیدروژن، آرگون و تترا کلرید تیتانیم می باشد. با توجه به پیچیدگی فرایند لایه نشانی، آزمایش های مورد نیاز فقط با دو متغیر دمای لایه نشانی و درصد چرخه کار طراحی شد. دمای عملیات لایه نشانی 470، 495 و 520 درجه سانتیگراد و درصد چرخه کاری 33%، 40% و 50% در نظر گرفته شد. ساختار، خواص مکانیکی و خواص شیمیایی پوششها با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem)، میکروسکوپ الکترونی روبشی مجهز به تفنگ الکترونی نشر میدانی (fe-sem) و نیروی اتمی (afm)، پراش اشعه ایکس (xrd)، آزمون ریزسختی سنجی، آزمون زبری سنجی، آزمون خوردگی و آزمون سایش مورد ارزیابی قرار گرفت. بر اساس نتایج به دست آمده از این تحقیق، با افزایش دمای رسوب گذاری از c? 470 به c? 520، اندازه دانه های پوشش از حدود 5 به 8 نانومتر افزایش یافته و در نتیجه آن زبری سطح نمونه ها نیز افزایش پیدا کرد. به دلیل افزایش پستی و بلندی و زبری سطحی و بالا رفتن نقاط مستعد به خوردگی، با افزایش دمای رسوب گذاری رفتار خوردگی پوشش بدتر شد. همچنین با افزایش چرخه کار فرایند از 33 درصد به 50 درصد، به دلیل کاهش زمان لایه نشانی، اندازه دانه های tin بزرگتر شد و در نتیجه زبری سطحی افزایش یافته و از مقاومت خوردگی قطعه به مقدار جزئی کاسته شد. بنابراین با افزایش زبری سطحی (با افزایش دمای لایه نشانی و یا با افزایش چرخه کار) موجب کنده شدن بیشتر پوشش می شود و به تبع مقاومت سایشی و خوردگی آن تضعیف می شود. این بدان معناست که هرچه سطح پوشش یکنواخت تر و صیقلی تر (پستی و بلندی کمتر) باشد، مقاومت به سایش و مقاومت به خوردگی پوشش بهبود می یابد. در نتیجه هرچه اندازه ذرات پوشش نانوساختار کوچکتر شود، به بهبود خواص پوشش کمک می نماید.

در این تحقیق با استفاده از روش رسوب بخار شیمیایی از فاز بخار به کمک پلاسما جریان مستقیم (dc-pacvd) روی l316 astm لایه کربن شبه الماس dlc)) به دو روش معمول و توری فعال پوشش داده شد. برای بهبود چسبندگی بین پوشش و فولاد، فولاد در دمای c?520 به مدت 3 ساعت تحت عملیات نیتروکربن دهی قرار گرفت. متغیرهای آزمایش شامل چرخه کاری، مدت زمان رسوب دهی، فرکانس، ولتاژ اعمالی و ترکیب گازهای نیتروژن، هیدروژن، آرگون و متان در مراحل اولیه تحقیق بهینه سازی شدند، سپس آزمایش-های مورد نیاز فقط با دو متغیر دمای لایه نشانی و روش لایه نشانی طراحی شد. دمای عملیات لایه نشانی 120، 150 و c?180 و روش لایه نشانی دو روش معمول و روش توری فعال در نظرگرفته شد. برای بررسی ساختار، خواص مکانیکی و خواص شیمیایی پوشش ها، از میکروسکوپ الکترونی روبشی ( fe-sem)، پراش اشعه ایکس (xrd)، آزمون ریزسختی سنجی، آزمون طیف سنجی رامان، آزمون چسبندگی، ضخامت سنجی و آزمون سایش استفاده شد. نتایج نشان داد که در تمامی ساختارها، نانو ذرات الماس با اندازه میانگین nm 32 به طور یک-نواخت در کل نمونه پراکنده شده است. پوشش ایجاد شده در روش معمول در دمای لایه نشانی c? 150 با داشتن حداکثر %54 پیوندهای sp3، µm7/1 ضخامت، سختی hv7500 و حداقل میزان تنش وارده به پوشش دارای بهترین خواص سایشی نسبت به نمونه های تولید شده در دماهای 120 و c? 180 است. این احتمالاً به دلیل فعال تر شدن مکانیزم آرایش مجدد نسبت به تنش حرارتی در این دما می باشد. بر اساس نتایج به دست آمده از این تحقیق، با افزایش دمای رسوب گذاری از 120 به c?180، در روش توری فعال میزان پیوندهای sp3، ضخامت، سختی و تنش وارده به پوشش کاهش می یابد این امر به دلیل شکسته شدن بیشتر پیوندهای sp3 در دمای بالاتر است که باعث کاهش خواص سایشی پوشش dlc تولید شده به روش توری فعال در دماهای بالا است. با افزایش دمای رسوب گذاری از 120 به c?180، اندازه نانو کریستال های الماس پوششdlc در هر دو روش کاهش می یابد، که به دلیل شکسته شدن بیشتر پیوندهای sp3 با افزایش دما می باشد. به طور کلی نمونه های پوشش دهی شده به روش معمول خواص سایشی بهتری نسبت به نمونه های پوشش دهی شده به روش توری فعال دارند.

فرآیندهای پلاسمایی همانند نیتروژن دهی و نیتروژن-کربن دهی پلاسمایی که به روش متداول انجام می شوند، در معرض مشکلات رایجی همچون پدیده کاتد توخالی، قوس الکتریکی و اثر لبه هستند. نیتروژن دهی پلاسمایی به روش توری فعال aspn،active screen plasma nitriding، فن آوری جدیدی در مهندسی سطح است که مشکلات رایج در نیتروژن دهی پلاسمایی را برطرف نموده است. در این روش پلاسما به طور مستقیم بر روی قطعه تولید نمی شود بلکه نمونه ها توسط توری احاطه شده و پلاسما بر روی آن تشکیل می شود. این تحقیق، به بررسی تاثیر فرآیند نیتروژن-کربن دهی پلاسمایی به روش توری فعال و روش متداول بر روی فولاد کم آلیاژ 6582/1 din و مقایسه خواص لایه ترکیبی حاصل با خواص لایه ترکیبی نمونه های نیتروژن دهی شده به روش توری و فعال و روش متداول می پردازد. فرآیندهای نیتروژن-کربن دهی در ترکیب گاز co2 3%+h217%+n280% و فرآیندهای نیتروژن دهی در ترکیب گاز h2 20%+n280% صورت پذیرفت. جهت بررسی خواص لایه آزمایش ها در دماهای 480، 560، 520 درجه سانتی گراد و به مدت 5 ساعت انجام شدند. در بررسی نمونه های عملیات شده به روش توری فعال مشاهده شد که دارای سطح یک نواخت و فاقد اثر لبه می باشند. آزمون پراش اشعه ایکس (xrd) حضور فازهای نیترید و کربونیترید آهن e و y را در نمونه های عملیات شده تحت هر دو فرآیند نیتروژن دهی و نیتروژن-کربن دهی نشان می دهد. ارزیابی نتایج میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem) و آزمون ریزسختی سنجی حاکی از آن است که افزایش دما در روش توری فعال و روش متداول تاثیر مشابهی بر سختی و ضخامت لایه ترکیبی دارد. در تمامی فرآیندها با افزایش دما ضخامت لایه ترکیبی افزایش یافته و در نمونه عملیات شده در 560 درجه سانتی گراد توسط فرآیند نیتروژن-کربن دهی به روش توری فعال 4/10 میکرومتر ارزیابی شد. سختی نمونه های عملیات شده تحت همه فرآیندها با افزایش دما از 480 به 520 درجه سانتی گراد افزایش و در 560 درجه سانتی گراد کاهش می یابد. سطح نمونه های عملیات شده به روش توری فعال برخلاف نمونه های روش متداول در تمامی سطح نمونه یک نواخت می باشد و در نمونه های عملیات شده به هر دو روش زبری سطح روند افزایشی با دما نشان می دهد. اما نمونه های عملیات شده به روش متداول به میزان قابل توجهی زبرترند. مقاومت خوردگی نمونه های عملیات شده به روش توری فعال با افزایش دمای عملیات ابتدا افزایش یافته و سپس در 560 درجه سانتیگراد کاهش می یابد اما در روش متداول با افزایش دما مقاومت خوردگی افزایش می یابد. این نتیجه برای هر دو فرآیند نیتروژن دهی و نیتروژن-کربن دهی صادق است، علاوه بر آن نتایج نشان دادند، نمونه های عملیات شده به روش توری فعال نسبت به خوردگی مقاومترند.

در این تحقیق، فولاد گرم کار aisi h13 به روش نیتروژن دهی پلاسمایی، با ترکیب گاز 5% نیتروژن و 5% هیدروژن و به روش رسوب دهی شیمیایی از بخار به کمک پلاسما (pacvd)، با ترکیب گاز 0% نیتروژن، 5% هیدروژن، 5/.% آرگون و 5/.% تتراکلرید تیتانیم با لایه ای از tin پوشش دهی شد. پوشش های دوتایی نیتریدی tin- در شرایط مختلف مانند دمای عملیات (470 و 520 درجه سانتیگراد) و چرخه کاری (3%, 0%, 0%, 0%) رسوب گذاری شدند. ساختار، مقاومت به خوردگی و سایش پوشش ها با استفاده از میکروسکوپ الکترونی (sem) و نیروی اتمی (afm)، پراش اشعه ایکس (xrd)، آزمون ریز سختی سنجی، آزمون زبری سنجی، آزمون خودگی و آزمون سایش مورد ارزیابی قرار گرفت. بر اساس نتایج به دست آمده از این تحقیق، با افزایش دمای رسوبگذاری از 470 درجه به 520 درجه سانتیگراد، اندازه دانه های پوشش از 300 نانومتر به 5/1 میکرون افزایش یافته و در نتیجه آن زبری سطح نمونه ها نیز افزایش پیدا کرد. به دلیل کاهش ناخالصی های درون پوشش (کلر) با افزایش دمای رسوب گذاری، مقاومت خوردگی بهبود پیدا کرد. همچنین با افزایش دما از 470 به 520 درجه سانتیگراد، سختی پوشش افزایش یافته و در نتیجه آن مقدارکاهش وزن در اثر سایش از 8 به 4 میلی گرم کاهش یافت. با افزایش چرخه کاری سیستم از 3% به 0%، دانه های tin به دلیل کاهش زمان لایه نشانی بزرگ شدند و در نتیجه زبری سطح و مقاومت به خوردگی افزایش یافت. با افزایش چرخه کاری از 0% به 0%، سختی پوشش به دلیل بزرگ شدن اندازه دانه های پوشش کاهش یافت و در نتیجه مقدار کاهش وزن در اثر سایش از 8 به 11 میلی گرم افزایش پیدا کرد.

هدف از رساله حاضر، ایجاد پوشش سخت نانوساختار نیترید تیتانیوم آلومینیوم (tialn) با استفاده از روش رسوب گذاری شیمیایی از فاز بخار به کمک پلاسما (pacvd)، بررسی تاثیر متغیرهای مختلف از جمله دمای لایه نشانی، نسبت پیش ماده های واکنش و درصد چرخه کار بر خواص مکانیکی و سایشی پوشش و در نهایت مطالعه نحوه مکانیزم رشد و جوانه زنی آن می باشد. در این تحقیق، زیرلایه از فولاد گرم کار aisi h13 (din: 1.2344) استفاده شد. بعد از عملیات حرارتی نمونه ها، آنها به مدت 4 ساعت در دمای ?c 485 تحت عملیات نیتروژن دهی پلاسمایی قرار گرفتند. برای بهبود چسبندگی پوشش tialn به زیرلایه، میان لایه ای از جنس tin به ضخامت 6/0 میکرومتر به روش pacvd پالسی جریان مستقیم ایجاد شد و در ادامه پوشش tialn به ضخامتهای 4/1 تا 1/3 میکرومتر با همان روش اعمال شد. جهت ارزیابی ساختار و مورفولوژی پوششها، fe-sem، afm، epma و xrd به کار گرفته شدند. سپس خواص مکانیکی و تریبولوژیکی پوششها با استفاده از آزمونهای ریزسختی سنجی knoop، نانوسختی nano-indentation، خراش، اندازه گـیری تنش پسماند و آزمون سایش پین روی دیسک، مورد ارزیابی قرار گرفتند. نتایج نشان داد که دمای 485 درجه سانتیگراد و درصد چرخه کار 33 درصد موجب ایجاد پوشش نانوساختار نیترید تیتانیوم آلومینیوم با خواص مکانیکی مطلوب می شود. همچنین نحوه مکانیزم جوانه زنی و رشد در این فرایند جزیره ای -لایه ای تشخیص داده شد.