ارزیابی اثر پوشش های tialn بر عملکرد فولاد گرمکار و مطالعه تأثیر عملیات حرارتی

پوشش های tialn بر ابزار برش رفتار سایشی و اکسیداسیونی بسیار خوبی بخصوص در سرعت های بالای ماشینکاری دارد و تحقیقات گسترده ای در این زمینه انتشار یافته است، ولی تاکنون رفتار این پوشش ها روی قالب ها در شرایط کاری دمای بالا کمتر مورد توجه قرار گرفته است. در این پژوهش رفتار اصطکاکی پوشش های tialn روی قالب از جنس فولاد گرم کار h13 در شرایط کاری قالب و تأثیر عملیات آنیل بر رفتار پوشش ها مورد ارزیابی قرار گرفت. به این منظور پوشش های tialn با درصد های مختلف آلومینیوم بر فولاد h13 به روش رسوب فیزیکی بخار (pvd) اعمال شد. بررسی خواص پوشش ها توسط پراش پرتو ایکس، میکروسکوپ نوری، میکروسکوپ الکترونی روبشی و میکرو آنالیز و میکرو سختی و زبری سنج صورت گرفت. رفتار تریبولوژیکی پوشش ها قبل و بعد از فرایند آنیل، توسط دستگاه پین روی دیسک تحت بار 3 نیوتن و سرعت 1/0 متر بر ثانیه در دماهای محیط و 600 درجه سانتی گراد ارزیابی شد. جهت بررسی مقاومت اکسیداسیون پوشش ها، تغییرات وزن هر یک از نمونه ها در حین گرمایش در کوره اکسایش تا دمای 700 درجه سانتی گراد به صورت لحظه ای بررسی شد. یافته های پژوهش نشان داد که اعمال پوشش های نیترید تیتانیم آلومینیوم روی زیر لایه فولاد گرمکار h13 موجب بهبود رفتار اصطکاکی در دمای محیط و 600 درجه سانتی گراد شد. میزان آلومینیوم موجود در پوشش تأثیر بسزایی در خواص پوشش داشته به طوری که افزایش درصد آلومینیوم موجب افزایش سختی، کاهش زبری سطح و کاهش ضریب اصطکاک پوشش گشت. یافته های حاصل از آزمون اکسایش نشان داد که پوشش tin بر اثر اعمال سیکل حرارتی اضافه وزن داشته در حالیکه پوشش های tialn تا دمای 700 درجه سانتی گراد اضافه وزنی نداشته و در برابر اکسیداسیون مقاوم بودند. علت این امر را می توان حضور آلومینیوم و ایجاد لایه نازک و فشرده al2o3 بر پوشش های tialn دانست. از بین پوشش های مورد بررسی در این پژوهش، پوشش tialn با ترکیب تارگت ti30%-al70% به دلیل سختی بالا، ضریب اصطکاک پایین و کاهش وزن کم در حین سایش در دمای محیط، بهترین رفتار را در دمای محیط داشته است. پوشش tialn نیز با ترکیب تارگت ti60%-al40% به دلیل زبری کم و ضریب اصطکاک و کاهش وزن کم در حین سایش در دمای 600 درجه سانتی گراد و مقاومت اکسیداسیونی تا دمای 700 درجه سانتی گراد، بهترین پوشش برای استفاده در قالب های گرمکار به شمار می آید. جهت بررسی تأثیر آنیل بر خواص پوشش ها نیمی از نمونه های پوشش داده شده تحت خلاء 5-10 تور و دمای 1000 درجه سانتی گراد عملیات حرارتی شدند. آنیل کردن پوشش ها موجب اکسیدشدن پوشش tin و نفوذ اکسیژن به داخل شبکه پوشش و تشکیل محلول جامد tialon گردید. این فاز همانند روانکار جامد عمل کرده و موجب کاهش شدید ضریب اصطکاک پوشش های tialn در دمای محیط تا مقادیر حدود 14/0 شد. بنابراین می توان گفت آنیل پوشش های tialn در دمای 1000 درجه سانتی گراد، فرایندی مناسب جهت کاهش ضریب اصطکاک این پوشش ها در دمای محیط است.