خواص تریبولوژیکی پوشش های tialn و ارزیابی اثر اکسیداسیون بر روانکاری پوشش

ضریب اصطکاک پوشش های نیترید تیتانیم آلومینیم (tialn) مقادیر نسبتاً بالایی گزارش شده است و این امر استفاده از این پوشش را با وجود خواص بی نظیر در کاربردهای اصطکاکی محدود کرده است. بنابراین تحقیق در مورد روش های کاهش اصطکاک پوشش های tialn بسیار حائز اهمیت است تا بتوان از این پوشش در کاربردهای اصطکاکی بهره برد. در پژوهش حاضر در ابتدا خواص تریبولوژیکی پوششtialn و تأثیر عوامل رطوبت، زبری سطح، بار عمودی، سرعت لغزش و درصد آلومینیوم بر ضریب اصطکاک پوشش مورد بررسی قرار گرفت. برای این منظور پوشش های tialn و tin به روش رسوب فیزیکی بخار (فرایند پوشش یونی با منبع تبخیر قوسی) روی فولاد گرمکار که به عنوان زیرلایه در نظر گرفته شد، ایجاد گردید. بررسی خواص پوشش ها توسط پراش پرتو ایکس، میکروسکوپ نوری، میکروسکوپ الکترونی روبشی و میکروآنالیز و نانوسختی سنجی صورت گرفت. خواص اصطکاکی پوشش ها در این تحقیق توسط دستگاه سایش پین روی دیسک در سه سرعت متفاوت و تحت 2 بار عمودی ارزیابی شد. یافته های پژوهش نشان داد که با افزایش رطوبت از 20 درصد به 50 درصد، ضریب اصطکاک پوشش tialn از 4/0 به 7/0 افزایش می یابد. مطالعه سطوح سایش با میکروسکوپ الکترونی نشان داد که انتقال ماده از پین به سطح پوشش در نمونه حاوی آلومینیم کمتر اتفاق می افتد. در پوشش حاوی آلومینیم زیاد به نظر می رسد لایه ای از اکسید آلومینیم مکانیزم سایش را کنترل می کند و سایش چسبان کمتر می شود. بر اساس یافته های این تحقیق می توان گفت که پوشش های tialn در کاربردهای سرعت بالا و دمای بالا پایداری و عمر موثر طولانی تر و ضریب اصطکاک کمتری نسبت به پوشش tin دارند. با افزایش عدد زبری سطح از 2/0 به 9/0 میکرومتر افزایشی در ضریب اصطکاک از 4/0 به 8/0 مشاهده شد. با افزایش بار اعمالی و کاهش سرعت لغزش نیز ضریب اصطکاک افزایش یافت. بررسی اثر ترکیب شیمیایی پوشش بر خواص اصطکاکی مشخص نمود که با افزایش مقدار آلومینیم تا 65 درصد اتمی، ضریب اصطکاک کاهش پیدا می کند ولی در درصدهای اتمی بالاتر، ضریب اصطکاک افزایش می یابد. بنابراین ترکیب شیمیایی بهینه جهت اصلاح ضریب اصطکاک، پوشش با 65/0 درصد اتمی آلومینیم انتخاب شد. جهت بهبود خواص اصطکاکی پوشش tialn، نمونه های پوشش داده شده در 5 دمای 400، 500، 600، 700 و 800 درجه سانتی گراد تحت عملیات حرارتی اکسیداسیون قرار گرفتند. پس از عملیات آنیل مشخص شد که اکسیژن نفوذی به داخل پوشش، وارد شبکه tialn شده و با جانشینی در مکآن های اتم های نیتروژن، محلول جامد tialon تشکیل می دهد. با تشکیل فاز اکسی نیترید، ضریب اصطکاک به طور قابل توجهی افت کرد و در شرایط بهینه (آنیل در دمای 400 درجه) تا مقادیر حدود 2/0 کاهش یافت. در دماهای بالاتر، به دلیل افزایش میکروذرات اکسیدی که با قرار گرفتن در مسیر سایش سبب افزایش سایش خراشان می شوند، ضریب اصطکاک افزایش یافت.