در این تحقیق، ابتدا با استفاده از فرایند نورد تجمعی و با اعمال 10سیکل نورد، کامپوزیت sic vol%5-al تولید شد. سپس با درنظرگرفتن متغیرهای جوشکاری شامل سرعت های چرخش 900، 1120 و rpm1400 و سرعت های جوشکاری 63، 80 و mm/min100 و با ثابت درنظرگرفتن سایر متغیرها، نمونه های تولید شده جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی شدند. در ادامه با درنظرگرفتن چهار هندسه ی پین مختلف (شامل مربعی، مثلثی، شش ضلعی و استوانه ای )، تأثیر هندسه ی پین بر نحوه ی توزیع ذرات تقویت کننده و خواص مکانیکی کامپوزیت مورد بررسی قرار گرفت. بررسی های ریزساختاری بوسیله ی میکروسکوپ الکترونی روبشی انجام شد. ارزیابی خواص مکانیکی نیز بوسیله ی آزمایش کشش و سختی سنجی صورت گرفت. همچنین سطوح مقاطع شکست نمونه ها پس از آزمایش کشش به منظور تعیین مکانیزم شکست، مورد بررسی قرار گرفتند. برای اندازه گیری تغییرات دما حین جوشکاری، از ترموکوپل نوع k استفاده شد. بررسی ریزساختار کامپوزیت تولیدشده نشان داد که پس از 10 سیکل نورد تجمعی، ذرات تقویت کننده توزیع نسبتاً خوبی داشته و ریزساختار عاری از هرگونه تخلخل در زمینه و نیز در فصل مشترک ذرات- زمینه است. سختی و استحکام کششی برای کامپوزیت به ترتیب 26/2 و 5/2 برابر آلومینیوم 1050 آنیل شده بدست آمد، درحالی که درصد ازدیاد طول از 41% به 9% کاهش یافت. شکست نگاری نمونه ی کامپوزیتی حضور دیمپل های هم محور ونسبتاً عمیق را نشان داد که بیانگر مکانیزم شکست نرم در کامپوزیت تولیدشده می باشد. اتصال حاصل از جوشکاری کامپوزیت در شرایط mm/min100- rpm900 برقرار نشد و سرعت های جوشکاری 80 و mm/min63 نیز منجر به بروز حفرات در ریزساختار جوش شدند به نحوی که این عیوب، افت شدید خواص مکانیکی در اتصالات را به همراه داشت. سایر متغیرهای فرایند، با اعمال حرارت و کرنش کافی، اتصالات کامل و ریزساختارهای بدون عیب را ایجاد کردند. از میان سایر متغیرها، با درنظرگرفتن میزان درجه ی دوران (نسبت سرعت جوشکاری به سرعت چرخش ابزار) به عنوان معیاری از میزان حرارت ورودی، شرایط mm/min100- rpm1120 با داشتن بالاترین عدد درجه ی دوران برابر mm/r089/0، کم ترین حرارت را به قطعه وارد کرده و اتصال حاصل از آن بالاترین استحکام کششی و سختی و کم ترین درصد ازدیاد طول را داشت. شرایط mm/min80- rpm1400 با درجه ی دوران mm/r057/0 بیش ترین حرارت را به قطعه وارد کرده و اتصال حاصل از آن دارای پایین ترین استحکام و سختی و بیش ترین درصد ازدیاد طول بوده است. شکست نگاری نمونه های جوش، حضور دیمپل های بزرگ تر و عمیق تر را در شرایط جوشکاری با درجه ی دوران کمتر در مقایسه با کامپوزیت های اولیه نشان داد. نتایج جوشکاری با پین های دارای هندسه ی مختلف نشان داد که خرد شدن ذرات تقویت کننده و توزیع یکنواخت آنها در زمینه برای پین مربعی در مقایسه با سایر پین ها بیشتر است و بالاترین استحکام کششی، سختی و درصد ازدیاد طول برای اتصال حاصل از پین مربعی بدست آمد. پین شش ضلعی به دلیل ایجاد عدم امتزاج مناسب در جوش و بروز حفرات عمیق در ساختار، سبب افت شدید استحکام کششی و انعطاف پذیری در اتصال شد و بنابراین هندسه ی پین شش ضلعی برای جوشکاری کامپوزیت مناسب نیست.

در پژوهش حاضر، نانولوله های اکسید تیتانیم آندی توسط آندایزینگ در محلول های آلی و آبی ایجاد شدند و مشخصه یابی آن ها از دیدگاه مورفولوژی، هندسه، ترکیب شیمیایی و خواص الکتروشیمیایی و فتوالکتروشیمیایی انجام گرفت. بررسی های انجام شده روی نانولوله های اکسید تیتانیم آندایزشده در محلول های اتیلن گلیکول نشان داد که به دلیل حضور یون های فلوراید در الکترولیت، فصل مشترک ناپایداری بین تیتانیم زیرلایه و نانولوله های اکسید تیتانیم ایجاد می شود. بر اساس یافته های این تحقیق، نشان داده شد که ناپایداری فصل مشترک تیتانیم/ نانولوله ها در محلول های آبی دلیل اتصال ضعیف نانولوله ها به زیرلایه و ایجاد یک لایه سدکننده اکسید تیتانیم تحت پتانسیل های آندی است. لایه سدکننده جدید مجموعه خواص الکتروشیمیایی و فتوالکتروشیمیایی نانولوله های اکسید تیتانیم، پیش از آنیل، را کنترل می کند. بر اساس ارزیابی های انجام شده توسط تکنیک های طیف سنجی فتوجریان، ظرفیت خازنی تفاضلی و میکروسکوپ الکترونی، مدل هایی برای توضیح نحوه ایجاد فتوجریان و منشا ظرفیت خازنی نانولوله های اکسید تیتانیم پس از آنیل ارائه شد. پاسخ به نور نانولوله های اکسید تیتانیم متاثر از ابعاد و هندسه نانولوله ها بوده و فتوجریان ایجاد شده مستقل از پتانسیل الکترود و حاصل نفوذ الکترون ها در امتداد نانولوله ها است. ظرفیت خازنی در محدوده پتانسیل های آندی توسط منطقه بار پیرامونی در مجاورت زیرلایه و در محدوده کاتدی توسط ظرفیت خازنی لایه مضاعف در امتداد دیواره ها ایجاد می شود و توسعه ظرفیت خازنی لایه مضاعف روی سطح کل نانولوله ها به رفتاری ابرخازنی می انجامد. برای توسعه پاسخ به نور اکسید تیتانیم به محدوده مرئی، نیتروژن توسط آندایزینگ در حضور یون آمونیوم به ساختار لایه های سدکننده و نانولوله های اکسید تیتانیم وارد شد. نتایج طیف سنجی فتوجریان نشان داد که تلقیح نیتروژن به این روش منجر به افزایش پاسخ به نور مرئی اکسید تیتانیم می شود. بررسی های انجام شده روی نانولوله های اکسید تیتانیم ایجاد شده در حضور یون آمونیوم نشان داد که مکانیزم های ایجاد فتوجریان در نانولوله ها با عملکرد تلقیح آنیونی در ایجاد پاسخ به نور مرئی تطابق ندارد و لذا پاسخ به نور مرئی نانولوله های اکسید تیتانیم تلقیح شده نسبت به لایه های سدکننده تلقیح شده ضعیف است.

عملیات دوگانه مهندسی سطح (نیتروژن دهی پلاسمایی _ رسوب فیزیکی بخار) نسل نوینی را تشکیل می دهند که کارایی آنها از دو دیدگاه در فرایندهای آهنگری مطرح است. دیدگاه اول استفاده از این پوشش ها با هدف افزایش عمر قالب های آهنگری است و دیدگاه دوم مربوط به قابلیت جایگزینی این پوشش ها با روانکار است تا از اثرات مخرب زیست محیطی روانکارها جلوگیری شود. هدف از این پژوهش بررسی کارایی نسل نوین پوشش های با عملیات دوگانه بر افزایش عمر قالب های آهنگری آلیاژ برنج دوفازی و مطالعه پایه ای در زمینه قابلیت روانکاری پوشش در فرایند شکل دهی سبز این آلیاژ است. در این راستا، بعد از اعمال پوشش ها جهت مشخصه یابی آنها از ریزسختی سنجی، نانوسختی سنجی، پراش پرتو ایکس (xrd) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem) استفاده شد. به منظور بررسی کارایی پوشش ها بر افزایش عمر قالب، آزمون سایش در دمای اتاق،oc250 و oc 700 روی پین های فولاد h13 کوئنچ و تمپر شده، فولاد h13 نیتروژن دهی پلاسمایی شده، فولاد h13 با عملیات دوگانه نیتروژن دهی پلاسمایی و پوشش tin-tialn یا پوشش tin-tialn-craln در تماس با دیسک آلیاژ برنج دوفازی انجام گرفت. آزمون عملکرد در شرایط واقعی تولید با اعمال پوشش pn+tin-tialn روی قالب های صنعتی و مقایسه آن با قالب های بدون پوشش انجام پذیرفت. در ادامه به منظور بررسی اثر اعمال پوشش در شکل دهی سبز آلیاژ برنج دوفازی، فک هایی با قابلیت تغییر در سطح آنها طراحی گردید. آزمون های فشارغیرهم دما با شرایط سطحی فولاد h13 بدون پوشش، با عملیات دوگانه tin-tialn و tin-tialn-craln در سه نرخ کرنشs-1 01/0، s-113/0 و s-1 3/0 انجام شد. با استفاده از آنالیز المان محدود ضریب انتقال حرارت سطوح تماس در شرایط فشار محدود و در حین تغییرشکل تعیین گردید. فاکتور اصطکاک سطوح تماس با تغییر در نرخ کرنش از روش آزمون فشار بشکه ای شدن محاسبه شد. جهت تطابق نتایج فاکتور اصطکاک حاصل از روش فشار بشکه ای شدن و روش المان محدود تغییرات زبری سطوح تماس (ra و rsm) در مدل المان محدود اعمال گردید. از سوی دیگر، اعتبار سنجی مدل المان محدود اصلاح شده با اعمال زبری سطوح با مقایسه ی نتایجتنش-کرنش حقیقی حاصل از تغییرشکل نمونه ها و مدل شبیه سازی صورت پذیرفت. نتایج نشان داد که پین با پوشش pn+tin-tialn لایه انتقالی کمتر و مقاومت سایش بالاتر نسبت به بقیه پین ها به ترتیب در دماهای oc250 و oc 700 از خود نشان داده است. نتایج آزمون عملکرد نیز نشانگر افزایش عمر قالب به میزان 200% با اعمال پوشش pn+tin-tialn نسبت به قالب بدون پوشش است. در آزمون فشار با اعمال فشار محدود، اعمال پوشش pn+tin-tialn روی فک باعث کاهش 23% و اعمال پوششpn+tin-tialn-craln باعث کاهش 63% در ضریب انتقال حرارت نسبت به شرایط سطحی بدون پوشش گردید. تغییر قابل توجهی در ضریب انتقال حرارت سطوح تماس در آزمون فشار در شرایط فشار محدود نسبت به شرایط تغییرشکل نمونه مشاهده شد. نتایج نشانگر آن است که با افزایش نرخ کرنش از s-1 01/0 تاs-1 3/0 ضریب انتقال حرارت بین 19% تا 28% افزایش داشته است. فاکتور اصطکاک سطوح تماس فک و نمونه نشانگر کاهش در فاکتور اصطکاک به-میزان 36% با اعمال پوشش pn+tin-tialn و 30% با اعمال پوشش pn+tin-tialn-craln در نرخ کرنش s-1 01/0 است. بررسی ها نشان داد که تأثیر پارامتر زبری در شرایط فشار محدود و اصلاح مدل المان محدود به صورت نسبت r_a/r_sm قابل اعمال است.

روی سطح فلزات لایههای اکسیدی گوناگونی تشکیل می شود که با عملیات شیمیایی یا حرارتی در محیطهای مناسب میتوان آنها را پایدار نمود بطوری که محافظت کننده فلز پایه باشند. یکی از روشهای ایجاد لایه اکسیدی محافظ در برابر خوردگی اتمسفری فولاد (زنگ زدگی)، فرایند آبی کردن است. هدف از پژوهش حاضر، مطالعه پوشش های اکسیدی فولاد به دو روش شیمیایی و حرارتی و ارزیابی این روش ها بر اساس معیارهای فنی و اقتصادی بود. بدین منظور سیکلهای عملیات حرارتی و فرایندهای شیمیایی ایجاد پوشش اکسیدی روی دو نوع ورق فولادی کم کربن و پرکربن اجرا شد. کیفیت سطح پوشش و مشخصات ساختاری ان توسط sem بررسی شد. مشخصات سطح لایه های اکسیدی با استفاده از سیستم afm و خواص مکانیکی آن با نانو سختی سنجی مطالعه شد. به منظور بررسی رفتار خوردگی پوشش ها، آزمون امپدانس الکتروشیمیایی و پاشش نمک انجام شد. در روش اکسیداسیون شیمیایی از محلول غلیظ شده سود به همراه نیترات سدیم استفاده شد و فرایند پوشش دهی در دمای 145-140 درجه سانتی گراد در سه زمان 10،30 و 60 دقیقه انجام گرفت. بررسی مورفولوژی پوشش های شیمیایی نشان داد که زمان 30 دقیقه منجر به ایجاد مورفولوژی یکنواخت می شود. به منظور بررسی رفتار خوردگی پوشش ها آزمون امپدانس الکتروشیمیایی مشخص کرد که زمان پوشش دهی نقش تعیین کننده ای بر رفتار خوردگی آن دارد. پوشش اکسیدی به روش حرارتی روی دو دسته فولاد با سطح آماده سازی شده انجام شد. جهت ارزیابی تاثیر دمای عملیات حرارتی بر عملکرد پوشش اکسیدی شش دمای 300، 350، 400، 450، 500 و 600 درجه سانتی گراد انتخاب شد. سپس نمونه ها در دو محیط سرد کننده روغن و هوا سرد شدند. بررسی مورفولوژی پوشش های حرارتی نشان داد که دمای 450 درجه سانتی گراد و سرد شدن در هوا یا روغن منجر به ایجاد مورفولوژی همگن و یکنواخت می شود. نتایج آزمون های خوردگی نشان داد که مدت زمان خوردگی نمونههایی آبی شده به فرایند اکسیداسیون و پارامترهای عملیاتی بستگی دارد که با توجه به محدوده کاربرد و نوع ورق فولادی باید بهینه سازی شوند. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی و آنالیز eds حضور فازهای اکسیدی را تایید نمود. بطور کلی مشاهده شد که رنگ نهایی لایه اکسیدی به دلیل پدیده تداخل نور در محدوده خاصی قابل کنترل است ولی مقاومت خوردگی مستقل از رنگ ظاهری آن است و به عوامل فرایند حرارتی بستگی دارد.