پوشش های سرامیکی پاشش پلاسمایی به طور گسترده ای به عنوان پوشش های مانع حرارتی مورد استفاده قرار گرفته اند. از جمله مهم ترین پوشش های سرامیکی می توان به پوشش های اکسید زیرکونیوم و مولایت اشاره کرد. در این تحقیق از دو نوع پودر اولیه مولایت و مخلوط ذرات پودر سیلیکا و آلومینا با ترکیب مولی یکسان با مولایت برای پوشش دهی به وسیله فرایند پاشش پلاسمایی استفاده شده است. پوشش ها روی زیرلایه فولاد زنگ نزن با دماهای مختلف زیرلایه (°c 25 ، °c 300 ، °c 600) رسوب داده شدند. میکروساختار و مورفولوژی هر دو پودر ونیز پوشش ها با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem) بررسی شدند. فازهای تشکیل شده و درجه کریستالیزاسیون آنالیز شده و با استفاده از الگوی تفرق اشعه ایکس (xrd) تخمین زده شده است. آنالیز دیفرانسیل حرارتی (dta) برای مطالعه تغییرات فازی استفاده شد. نتایج نشان داد که میزان تخلخل در پوشش رسوب کرده با ذرات پودر اولیه مولایت کمتر از پوشش تهیه شده از ذرات مخلوط شده است و نیز با افزایش دمای زیرلایه میزان تخلخل در هر دو مورد کاهش یافته است. درصد فاز مولایت آمورف تشکیل شده در دمای زیرلایه °c 25 و °c 300 در پوشش حاصل از ذرات پودر مولایت بیشتر است اما با افزایش دمای زیرلایه به °c 600 میزان مولایت آمورف در پوشش به وجود آمده از ذرات پودر آلومینا و سیلیکا بیشتر می گردد. منحنی های dta پوشش تهیه شده با استفاده از ذرات پودر مخلوط آلومینا و سیلیکا نشان داده است که علاوه بر کریستالیزاسیون مولایت آمورف، کریستالیزاسیون فازهای آمورف باقی مانده همانند آلومینا و سیلیکا در پوشش اتفاق افتاده است. پس از انجام عملیات حرارتی در دمای c°1000 به مدت سه ساعت فازهای آمورف مولایت موجود در هر دو پوشش به فازهای کریستالی تبدیل شده اند و در پوشش های حاصله از مخلوط پودر آلومینا و سیلیکا علاوه بر کریستالی شدن فاز آمورف مولایت، فازهای آمورف آلومینا و سیلیکا به فازهای کریستالی تبدیل شده اند. نتایج این پژوهش نشان می دهد که می توان با استفاده از عملیات پاشش پلاسمایی در حضور گازهای مولکولی از مخلوط پودر اولیه ی آلومینا و سیلیکا با نسبت استوکیومتری مشابه با پودر مولایت، با کنترل دمای زیرلایه حدود c°300 پوشش هایی با درصد فاز آمورف کمتر نسبت به پوشش های ایجاد شده با پودر اولیه مولایت تولید نمود.

الکتروفرمینگ یک استفاده خاص از فرآیند آبکاری (رسوب دهی الکتریکی)، به منظور تولید قطعات فلزی است. در این روش که از آن به هنر رشد دادن قطعه نیز یاد می شود، آند فلزی در محلول الکترولیت به صورت یونی حل شده و بر روی سطح کاتد (مندرل) رسوب می کند. پس از رسیدن به ضخامت مورد نظر، رسوب از سطح مندرل جدا شده و به عنوان یک قطعه مستقل عمل خواهد کرد. به طور کلی هرگاه قطعات فلزی را نتوان با استفاده از روش های اعمال کار مکانیکی تولید کرد، الکتروفرمینگ یکی از گزینه های قابل استفاده در تولید این دسته از قطعات می باشد. در این پروژه بعد از طراحی و ساخت دستگاه تولید بلوز با استفاده از روش الکتروفرمینگ (برای اولین بار در کشور)، یک سری از آزمایشات اولیه به منظور آشنایی با فرآیند، بهبود کارکرد و بهینه سازی دستگاه و همچنین تعیین پارامترهای موثر در فرآیند انجام شده است. از این آزمایش ها به عنوان بخشی از فرآیند طراحی آزمایش به روش تاگوچی استفاده شده است. با توجه به توانایی منبع تولید جریان در ایجاد جریان پالسی با فرکانس پایین، زمان پالس روشن و زمان پالس خاموش از پارامتر های انتخابی در این آزمایش ها بوده است. بعد از انجام آزمایش ها و تولید نمونه ها، ضخامت این قطعات در نقاط مختلف توسط میکروسکوپ نوری و نرم افزار تحلیل تصویر اندازه گیری و مقادیر انحراف استاندارد ضخامت برای هر قطعه محاسبه شده است. به کمک تجزیه و تحلیل داده ها (آنالیز واریانس) در روش تاگوچی و تحلیل pareto anova ، تاثیر فاکتور ها و مقادیر بهینه برای هر پارامتر بدست آمده است. همچنین معادله رگرسیون که رابطه تقریبی بین مقادیر ورودی و خروجی است به کمک نرم افزار minitab مدل سازی شده است. نتایج تحلیل های انجام شده نشان می دهد، پارامتر چگالی جریان پارامتر اصلی فرآیند می باشد. همچنین پارامتر زمان پالس روشن، دما و زمان پالس خاموش به ترتیب بر مقادیر انحراف استاندارد ضخامت تاثیر گذار می باشند. جهت تایید بهینه سازی، آزمایشی با مقادیر بهینه انجام شده که حداقل انحراف استاندارد ضخامت بدست آمده است. در نهایت با استفاده از دو نرم افزار افزار ansys و comsol مقادیر توزیع چگالی جریان اولیه روی سطح کاتد (مندرل) شبیه سازی شده است و مقادیر نسبی چگالی جریان اولیه و ضخامت با هم مقایسه شده اند. نتایج نشان می دهد توزیع ضخامت نمونه الکتروفرم شده تا حدی زیادی، تابع توزیع چگالی جریان اولیه در سطح مندرل می باشد.

امروزه به منظور افزایش طول عمر و میزان کاربری، اکثر ابزارها و قطعات صنعتی تحت عملیات سطحی مختلفی قرار میگیرند که از جمله این فرایندها، ایجاد پوشش های نازک به روش رسوب فیزیکی بخار می باشد. پوشش های سخت نیتریدی یکی از بهترین و رایج ترین پوشش هایی هستند که در کاربردهای مختلف صنعتی از جمله به عنوان پوشش ابزار برشی و قالب های شکل دهی و ریخته گری و...مورد استفاده زیادی قرار گرفته و تاکنون تحقیقات زیادی به منظور بهبود خواص ، کاربری و نحوه اعمال آن ها صورت گرفته است. در پژوهش حاضر رفتار سه پوشش(ticr)n، crn و tin اعمال شده توسط روش رسوب فیزیکی بخار با استفاده از قوس کاتدی در دو دمای رسوب دهی 400 و 100 بر روی فولاد ابزار سردکارd6 در دو زبری متفاوت زیرلایه مورد بررسی قرار گرفت. خواص فیزیکی و مکانیکی پوشش ایجاد شده همچون ریزساختار، ضخامت،ترکیب شیمیایی، فازهای تشکیل دهنده پوشش، اندازه دانه، بافت، زبری و سختی، مورد مطالعه قرار گرفته است. شناسایی فازهای موجود در پوشش توسط روش پراش اشعه ایکس (xrd) و همچنین از میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem) و آنالیز تفکیک انرژی (edx) جهت مطالعه ریز ساختار و مورفولوژی رشد و ترکیب پوشش استفاده گردید. بررسی خواص مکانیکی توسط آزمون نانو فرورونده صورت پذیرفت. همچنین در این پژوهش رفتار سایشی سه پوششtin، crn و (ticr)n مورد بررسی قرار گرفت. برای این منظور آزمون سایش لغزشی گلوله بر روی دیسک با استفاده از گلوله ای از جنس کاربید تنگستن بر روی نمونه های فولادی پوشش داده شده در بار های اعمالی 5 و 7 و 9 نیوتن انجام گرفت. از میکروسکوپ الکترونی روبشی و آنالیز تفکیک انرژی و میکروسکوپ نیروی اتمی (afm) جهت مطالعه سطوح سایش استفاده شد. نتایج حاصل نشان می دهد که خواص هر یک از این پوشش ها با تغییر شرایط پوشش دهی متفاوت می باشد. خواص مکانیکی ازجمله سختی، مدول یانگ و سفتی در پوشش های crn و(ticr)n وtin به ترتیب افزایش می یابد. نتایج آزمون سایش، نشان دهنده مقاومت بالاتر پوشش (ticr)n نسبت به crn و مقاومت ضعیف تر آن نسبت به نمونه tin می باشد. سایش خراشان و تریبوشیمی به عنوان مهمترین مکانیزم سایش در سه پوشش معرفی شده و همچنین سایش خستگی و ورقه ای نیز به ترتیب در پوشش ticrnو crn به عنوان مکانیزم سایشی شناخته شد

هدف پژوهش حاضر، ساخت و مشخصه یابی پوشش های فلزی آنتی باکتریال برای کاربردهای پزشکی بود. پوشش مس به روش پاشش حرارتی قوس الکتریکی بر روی زیر لایه فلزی (فولاد زنگ نزن 316 ال) و زیرلایه غیرفلزی(mdf) اعمال شد. برای ارزیابی خواص سطحی و ضد باکتری پوشش های مسی، نمونه های مس کاتدی و فولاد زنگ نزن 316 ال (زیرلایه) نیز به عنوان شاهد برای مقایسه تهیه شد. شناسایی ساختار فازی و بررسی ریزساختاری پوشش بوسیله آزمون های پراش پرتو ایکس (xrd)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem) به همراه طیف سنجی توزیع انرژی پرتو ایکس (eds) انجام گرفت. به منظور تعیین خواص ضد باکتری پوشش های مسی، آنالیز های کیفی از قبیل آزمون آنتی بیوگرام و اسپکتروفوتومتری و هم چنین آزمون تعیین خواص کمی ضد باکتری با گذشت زمان توسط کشت باکتری و شمارش تعداد کلنی های شکل گرفته نیز انجام شد. به منظور ارزیابی آماری نتایج به دست آمده از نرم افزار آماری (sas) استفاده شد. به منظور بررسی و مقایسه رفتار ترشوندگی نمونه ها از آزمون تعیین زاویه تماس دینامیکی و مدل ارزیابی ویل هلمی استفاده شد. ارزیابی انرژی سطحی پوشش نیز توسط مدل چیبووسکی بررسی و محاسبه شد. علاوه بر این، تاثیر ریز ساختار و اندازه دانه، خواص سطحی از قبیل ترشوندگی و انرژی سطحی، زبری سطحی، نواقص موجود در پوشش از قبیل درصد اکسید و تخلخل بر خواص ضد باکتری پوشش بررسی و ارزیابی شد. خواص ریز ساختاری، پارامتر های انجمادی و هم چنین استحکام چسبندگی پوشش مس بر روی زیر لایه غیر فلزی (mdf) نیز، با پوشش مس با زیر لایه فلزی (فولاد زنگ نزن 316 ال) مقایسه شد. نتایج آزمون های کیفی و کمی تعیین خواص ضد باکتری نشان داد که پوشش مس قادر است پس از گذشت 360 دقیقه بیش از 90 درصد تعداد باکتری های اولیه را از بین ببرد. آنالیز آماری نیز نشان داد که این خواص ضد باکتری در مقایسه با نمونه های دیگر با احتمال بیش از 99 درصد معنی دار است. کم بودن زاویه تماس ترشوندگی و بالاتر بودن انرژی آزاد سطحی جامد پوشش های مسی باعث افزایش رفتار ترشوندگی در این نمونه نسبت به دو نمونه دیگر شد. با توجه به نتایج به دست آمده، نه تنها وجود یک عامل ضد باکتری مانند مس ضروری می باشد، بلکه با کاهش اندازه دانه، کاهش زاویه تماس ترشوندگی، افزایش انرژی آزاد سطحی جامد، افزایش زبری سطحی، افزایش درصد اکسید و تخلخل و هم چنین نواقص کریستالی خاصیت ضد باکتری افزایش می یابد.

پوشش¬های آلیاژی پایه نیکل، مقاومت سایشی و خوردگی بالایی داشته و در اجزایی که تحت شرایط سخت تریبولوژیکی قرار دارند، به کاربرده می¬شوند. در تحقیق حاضر اثر افزودنی اکسید سریم(ceo2) بر بر ریزساختار، سختی، و رفتار سایشی پوشش¬های آلیاژی پایه نیکل بررسی شد. بدین منظور مقادیر (1، 3 و 5 درصدوزنی) ceo2 به پودر آلیاژی پایه نیکل اضافه شد و پوشش توسط روش¬های پاشش شعله و سمانتاسیون فشرده روی زیر لایه فولادی اعمال گردید. سپس پوشش¬های تشکیل شده بر سطح نمونه¬های فولادی با استفاده از مطالعات میکروسکوپی نوری، میکروسختی سنجی، پراش پرتوایکس(xrd)، و میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem) مورد ارزیابی قرار گرفتند. بررسی آنالیز فازی نشان داد، افزودن ceo2 باعث ریزشدن ساختار پوشش¬های پاشش شعله¬ای پایه نیکل می¬شود. ریزشدن ساختار پوشش¬ها به علت نقطه ذوب بالایc) ceo2 2400( است که باعث افزایش تعداد جوانه های کریستالی و همچنین جلوگیری از رشد جوانه ها می¬شود. علاوه براینceo2 می¬تواند انرژی فصل مشترک و کشش سطحی را کاهش دهد. بنابراین تعداد ذرات جوانه زا افزایش می¬یابد. به منظور بررسی رفتار تریبولوژیکی پوشش¬ها نیز، آزمایش سایش با استفاده از دستگاه پین بر روی دیسک انجام شد. نتایج حاصل از آزمایشات سایش نشان می¬دهد که افزونی ceo2 با کوچک کردن ریز ساختار باعث افزایش مقاومت به سایش و سختی پوشش¬های پاشش شعله می¬شود. که در میزان بهینه3 درصد، حداقل اندازه دانه¬ی12میکرومتر را ایجاد می¬کند. همچنین ceo2 اثر چندانی بر سختی و مقاومت به سایش پوشش¬های سمانتاسیون فشرده نداشته است. بنابراین با مقایسه نتایج آزمایشات انجام شده در هر دو روش پوشش¬هی می¬توان گفت پوشش¬های پاشش شعله نسبت به پوشش¬های سمانتاسیون فشرده سختی و مقاومت سایشی بالاتری برخوردار بوده و پوشش پاشش شعله دارای3 درصد ceo2 نسبت به سایر پوشش¬ها سختی و مقاومت سایشی بهتری را نشان می¬دهد.

در ترکیب پوشش های تطبیقی دو یا چند روانکار جامد وجود دارد که هر یک از آنها وظیفه روانکاری در یکی از شرایط محیطی یا کاری را به عهده دارند. هدف از انجام این پژوهش طراحی، ایجاد، بهینه سازی و ارزیابی خواص تریبولوژیکی پوشش تطبیقی nial-cr2o3-ag-cnt-ws2 است. در این پوشش nial بعنوان زمینه، cr2o3 بعنوان فاز سخت کننده و ag، cnt و ws2 به ترتیب بعنوان روانکارهای دمای متوسط (تا 400 درجه سانتی گراد)، شرایط خشک و شرایط خلأ می باشد. برای انجام این تحقیق ابتدا پودر آگلومره شده nial-cr2o3-ag-cnt-ws2 به روش خشک کردن پاششی تولید و با استفاده از آن نمونه هایی از پوشش به روش پاشش پلاسمایی تهیه شد. ارزیابی های ساختاری و تریبولوژیکی نمونه های پوشش، شامل آزمون های سایش در شرایط خشک، مرطوب و در دمای بالاروی نمونه ها انجام شد. بررسی نتایج نشان داد که پوششی که همه افزودنی های آن نانواندازه هستند نسبت به پوششی که در ساختار آن فقط cnts نانواندازه است، دارای ساختار همگن تر با توزیع یکنواخت تر فازها و ضریب اصطکاک کمتر بوده و پایداری ضریب اصطکاک آن نیز در دمای بالا بیشتر است. در مرحله بعد بهینه سازی ترکیب شیمیایی پوشش انجام شد. برای این منظور نمونه هایی از پوشش حاوی مقادیر مختلف از روانکار های جامد تهیه و مورد ارزیابی قرار گرفت. اطلاعات حاصل از ارزیابی تریبولوژیکی نمونه ها نشان داد که ترکیب حاوی7 درصد حجمی از هر یک از روانکارهای جامد نقره، نانولوله کربنی و سولفید تنگستن کمترین مقدار ضریب اصطکاک و بهترین رفتار تطبیقی را نسبت به سایر پوشش ها دارد. این پوشش در شرایط مرطوب ضریب اصطکاک 36/0، در شرایط خشک 32/0 و در دماهای 100، 200، 300 و 400 درجه سانتی گراد به ترتیب ضریب اصطکاک 3/0، 28/0، 26/0 و 28/0 را نشان داد. بررسی ریزساختار این پوشش نشان داد که پوشش دارای ساختار نسبتا یکنواخت لایه ای شامل اسپلت ها، حفرات و ترک های بین اسپلتی است.

دراین پژوهش، پوشش های اکسید تیتانیوم به روش آندایزینگ جرقه ای در سه دمای 20+، 5+ و 10- درجه سانتیگراد بر روی زیرلایه تیتانیوم خالص و در دو دمای 20+ و 10-درجه سانتیگراد بر روی زیرلایه آلیاژ ti6al4v ایجاد گردید. بررسی های میکروسکوپی از سطح پوشش ها نشان داد لایه های اکسیدی ایجاد شده بر روی نمونه تیتانیوم خالص، حفره هایی با مورفولوژی معمول آتشفشانی دارند، در حالی که در پوشش های ایجاد شده بر روی آلیاژ ti6al4v، حفره ها ساختار کرمی شکل و نامنظم را نشان می دهند. به علاوه مشخص شد انجام فرایند آندایزینگ جرقه ای در دمای 10- درجه سانتیگراد سبب می شود تا سطح بسیاری از حفره ها توسط اکسید تیتانیوم بسته شده و درصد تخلخل به خصوص در پوشش ایجاد شده بر روی تیتانیوم خالص به مقدار قابل توجهی کاهش یابد. بررسی امپدانس الکتروشیمیایی پوشش ها حاکی از ساختار دولایه پوشش های آندایزینگ جرقه ای ایجاد شده در دماهای مختلف بود. بر اساس نتایج به دست آمده از این آزمون ها و مدار الکتریکی معادل، هر دو لایه سدی و متخلخل در پوشش های ایجاد شده بر روی تیتانیوم خالص در دمای 10- درجه سانتیگراد مقاومت ببیشتری را نسبت به دو پوشش دیگر نشان دادند. نتایج حاصل از آزمون های پلاریزاسیون تافل نیز چگالی جریان خوردگی و رویین کمتر و در نتیجه مقاومت به خوردگی بیشتر پوشش های ایجاد شده در دمای 10- درجه سانتیگراد را بر روی تیتانیوم خالص تأیید نمود. بررسی رفتار تریبوخوردگی دو زیرلایه در شرایط بدون پوشش و آندایز شده در دمای 20 درجه سانتیگراد نشان داد اعمال پوشش آندایزینگ جرقه ای سبب بهبود مقاومت به تریبوخوردگی در این نمونه¬ها شده است. ضمن آن که مقایسه پوشش های ایجاد شده بر روی دو زیرلایه نیز حاکی از رفتار تریبوخوردگی بهتر پوشش ها در نمونه آلیاژی داشت.در بررسی تأثیر دمای آندایزینگ بر رفتار تریبوخوردگی نمونه ها نیز مشاهده شد در پوشش های ایجاد شده در دمای 20 و 5 درجه سانتیگراد بر روی هر دو زیرلایه، مکانیزم سایش خستگی حاکم می باشد. این در حالی است که انجام فرایند در دمای 10- درجه سانتیگراد سبب شد تا تقریباً هیچ گونه ترک و کندگی در سطح سایش یافته این نمونه ها مشاهده نشود و مکانیزم غالب به سایش خراشان ملایم تغییر یابد.در ادامه پژوهش صورت گرفته، نانوذرات هیدروکسی آپاتیت به صورت درجا وارد لایه اکسید تیتانیوم شده و پوشش نانوکامپوزیتی tio2–nha تولید گردید. نتایج آنالیز eds از سطح پوشش نانوکامپوزیتی حضور کلسیم در پوشش را تأیید نمود. مقایسه¬ی نتایج آزمون خوردگی این پوشش و پوشش غیرکامپوزیتی نشان داد چگالی جریان خوردگی و رویین پوشش نانوکامپوزیتی tio2–nhaعلی رغم افزایش جزئی، در مقیاس نانوآمپر است که با توجه به حضور کلسیم، برای کاربردهای بیولوژیکی می تواند بسیار مطلوب باشد.