مطالعه تریبولوژی سطح مواد دو لایه تحت خراش

موقعیتهای فراوانی در صنعت وجود داردکه درعین وجود تماس، امکان روغنکاری وجود ندارد، به علاوه اجزایی با توجه به محل مورد استفاده، بایستی در محیط خلأ کار کنند. در این نوع از کاربردها و حتی زمانی که امکان روغنکاری وجود دارد استفاده از پوشش ها می تواند اثر بسیار مثبتی بر کارکرد اجزاء داشته باشند. از این رو تعیین خواص مکانیکی پوشش ها مورد توجه و بررسی فراوان بوده است. این خواص به شکلی جدی به روش پوشش دهی بستگی داشته و برای یک ماده خاص می تواند محدوده بسیار وسیعی را شامل شود. در این پژوهش از آزمون خراش به عنوان یک روش کاربردی برای بررسی خواص مکانیکی پوششهای نازک استفاده شده است، که روشهای متداول نظیر تست کشش برای تعیین خواص مکانیکی آنها کارآمد نمی باشد. انجام آزمایش های تجربی در این زمینه نیازمند تجهیزات، مواد، سیستم های اندازه گیری دقیق و آزمایشگاه های مجهز می باشد که هزینه بسیار گزافی دارد. در این راستا در بسیاری از تحقیقات اخیر روش المان محدود به عنوان روشی قابل اعتماد و کم هزینه جایگاه ویژه ای پیدا کرده است. در این مطالعه به بررسی توسعه جمع شدگی ماده پوشش در حین خراش یک پوشش الاستیک-پلاستیک توسط یک ابزار صلب پرداخته شده است. بدین منظور یک مدل سه بعدی المان محدود برای بررسی رفتار الاستیک-پلاستیک و محاسبه تنش و کرنش توسعه یافته است. شرایط تماس در دستگاه آزمون خراش در حالتی که یک ابزار الماسه با یک بار افزایشی بر روی یک پوشش با رفتار الاستیک-پلاستیک غیر خطی می لغزد بررسی شده است. علاوه بر آن تاثیر تغییر شکل الاستیک بر روی جمع شدگی ماده پوشش و وابستگی جمع شدگی ماده پوشش بر عمق فرورفتگی، اصطکاک تماس و کرنش سختی نیز مورد مطالعه قرار گرفته است. بدین منظور دامنه وسیعی از مواد با مدول های الاستیک، تنش های تسلیم، اجزای کرنش سختی و ضرایب اصطکاک مختلف به کار گرفته شد. نتایج نشان می دهد که نخستین تنش کششی اصلی در دنباله ناحیه تماس ایجاد می شود. در حالت بار در حال افزایش یک میدان تنش به شکل ستاره چهار پر در ناحیه تماس بوجود می آید. با ایجاد تغییر شکل اولیه و حرکت ابزار به جلو میزان جمع شدگی ماده نیز افزایش یافته و در نهایت منجر به جدایش و گسیختگی پوشش می شود. مدل طراحی شده قابلیت استفاده برای انواع پوشش ها و مواد ازقبیل سرامیکی و پلیمری را نیز دارا بوده و امکان تغییر شکل ابزار و بررسی تاثیر ابزارهای دیگر نیز وجود دارد. با توجه به اهمیت استفاده از پوشش ها در صنعت، مدل ارائه شده می تواند در بررسی میزان دوام و کارکرد پوشش ها و طراحی سیتم-های پوشش دار بهینه با هزینه کم و کارکرد بهتر راهگشا باشد.