ایجاد و بررسی خواص پوشش نانوساختار بر روی تیتانیم خالص تجاری با روش اکسیداسیون ریزجرقه در الکترولیت حاوی نانوذرات نیترید سیلیسیم

از فرآیند اکسیداسیون ریزجرقه به عنوان روش مورد توجه محققان در دهه اخیر برای ایجاد پوشش تبدیلی نانوکامپوزیتی سطح تیتانیم خالص تجاری استفاده شده است. در این پژوهش، پوششها در الکترولیت (آماده شده با استفاده از آلومینات و فسفات سدیم) حاوی نانوذرات نیترید سیلیسیم ایجاد شده اند. تاثیر چهار عامل اصلی (شامل زمان پوششدهی، دانسیته جریان، فرکانس و چرخه کاری جریان پالسی) بر روی خواص سطحی و مکانیکی (زبری، سختی و مقاومت به سایش) پوششها و همچنین اثر حضور نانوذرات بر مکانیزم پوششدهی بررسی شده است. با تغییر پی درپی چرخه کاری جریان پالسی، پوششهایی با شیب غلظتی (از فازهای سخت) به جهت حصول خواص مکانیکی بهتر (با شیب ملایم تر ریزسختی در عرض پوشش با قابلیت تحمل بار بالاتر) ایجاد شدند. ریزساختار، ترکیب و خواص پوششهای بدست آمده با روشهای ریزسختی، میکروسکوپ الکترونی روبشی، آنالیز تفرق اشعه ایکس، آنالیز عنصری و دستگاه تست سایش خراشان مورد بررسی قرار گرفته اند و فازهای بوجود آمده شناسایی شده اند. پوششهای بدست آمده به طور متوسط بهبود 56 درصدی در کاهش وزن را در تست سایش نسبت به زمینه خام نشان دادند. علاوه بر بررسی خواص پوششها، اثر حضور نانوذرات در الکترولیت بر مکانیزم فرایند پوشش بررسی شده است. برای این منظور از سه روش عکسبرداری سریع، بررسی مشخصات ولتاژ-جریان فرایند و آنالیز سیگنال صوتی جرقه ها استفاده شده است. بررسی مشخصات جرقه ها نشان داد که کیفیت آنها (نسبت زمان رشد به فرود جرقه) با گذشت زمان تغییر چندانی نمی کند درحالیکه دانسیته جریان اعمالی، فرکانس و به خصوص چرخه کار جریان پالسی کیفیت آنها را به شدت تحت تاثیر قرار می دهند. حضور نانوذرات بر زمان رشد و فرود جرقه ها موثر است ولی روند تاثیرپذیری کیفیت جرقه از چهار عامل موثر یاد شده در حضور نانوذرات تغییری نمی کند. بررسی میدان الکتریکی اطراف تک جرقه حاکی از آن بود که جذب نانوذرات از مرکز جرقه انجام می شود. حضور نانوذرات در الکترولیت موجب کاهش قطر کانال فوران در جرقه و همچنین کاهش قطر ساختار رسوب کرده شد که مطابق مدل ارایه شده موجب کاهش زبری پوشش نیز می شود. استفاده از نانوذرات با اندازه متوسط کمتر (اثر اندازه نانوذرات) موجب مستحکم تر شدن نانوکامپوزیت در لایه های بالاتر (نزدیکتر به سطح آزاد پوشش) می شود.