عنوان پایان‌نامه
بررسی رفتار تریبولوژیکی لایه ی نفوذی ایجاد شده به روش اکسیداسیون حرارتی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: TN 1274;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 74252
- تاریخ دفاع
- ۱۴ بهمن ۱۳۹۴
- دانشجو
- شایان درخور
- استاد راهنما
- حمیدرضا قاسمی منفردراد
- چکیده
- هدف از این پژوهش بررسی رفتار تریبولوژیکی لایه نفوذی ایجاد شده روی سطح آلیاژ تیتانیم خالص تجاری است. فرآیند اکسیداسیون حرارتی در دمای 850 درجه سانتی گراد و زمان 36 ساعت روی دیسک های تیتانیم انجام شد. جهت برداشت لایه اکسید تیتانیم ایجاد شده، دیسکها در محیط هوا خنک شدند. سطح مقطع لایه نفوذی توسط میکروسکوپ نوری و الکترونی روبشی، پراش سنجی پرتو ایکس و آزمون ریز سختی مورد بررسی قرار گرفت. آزمون های سایش گلوله روی دیسک با استفاده از دو گلوله فولادی و آلومینایی به عنوان جسم ساینده روی نمونه های پایه و دارای لایه نفوذی تحت نیروی های مختلف 2 تا 40 نیوتن، مسافت لغزش 500 متر، سرعت لغزش 2/0 متر بر ثانیه و در دمای محیط انجام شد. نتایج ریزسختی سنجی از مقطع دیسک آلیاژ دارای لایه نفوذی نشان داد که بیشینه مقدار سختی در لایه نزدیک به سطح حدود 1250 ویکرز بوده و مقدار سختی در عمق حدود 180 میکرومتری از سطح به سختی زیرلایه میرسد. نتایج سایش بیانگر بهبود قابل توجه مقاومت به سایش تیتانیم در اثر تشکیل لایه نفوذی روی سطح آن به خصوص تحت نیروهای بالا نسبت به آلیاژ پایه بود. به عنوان مثال تحت نیروی 40 نیوتن نرخ سایش آلیاژ دارای لایه نفوذی، کمتر از 10 درصد و 30 درصد آلیاژ پایه به ترتیب در برابر گلوله های فولادی و آلومینایی بود. بررسی سطوح سایش بیان گر پوشانندگی بالاتر لایه تریبولوژیکی روی لایه نفوذی بهدلیل سختی بالای زیر لایه بود. همچنین نتایج نشان داد که با افزایش نیرو از 10 به 40 نیوتن نرخ سایش آلیاژ دارای لایه نفوذی در برابر گلوله فولادی تحت نیروی 40 نیوتن به کم¬تر از نصف آن تحت نیروی 10 نیوتن می¬رسد. این موضوع نیز به تشکیل لایه تریبولوژیکی اکسیدی غنی از آهن روی سطح سایش نسبت داده شد. تشکیل این لایهها همچنین منجر به کاهش چسبندگی و نوسانات ضریب اصطکاک تحت نیروهای بالاتر شد. کلمات کلیدی: تریبولوژی، تیتانیم، اکسیداسیون حرارتی و لایه نفوذی.
- Abstract
- The aim of this study is to investigate the tribological behavior of the diffusion layer formed on the surface of commercial pure titanium alloy during thermal oxidation. The process was carried out under a temperature of 850 °C for 36 hours. The titanium disks were air-cooled to remove the titanium oxide layer and to reveal the oxygen diffusion layer (ODL). The cross section of the diffusion layer was investigated by optical microscope, scanning electron microscope, X-ray diffraction and micro-hardness test. The tribological behavior of the oxygen diffusion layer in contact with steel and alumina balls was investigated using a ball-on-disk tribometer under normal loads of 2-40 N and sliding speed of 0.2 m/s. The results showed that the maximum hardness of 1250 HV was obtained closed to the surface and reached the substrate hardness at a depth of 180 ?m. The results showed a significant improvement on the wear resistance of ODL surface compared with the untreated alloy especially under high loads. For example, under a normal load of 40 N, the ODL surface showed about 10 and 30 percent lower wear rates compared with the untreated alloy in contact with the steel and alumina balls, respectively. Analysis of wear surfaces indicated a higher coverage of tribological layer on the diffusion layer due to the higher strength of the ODL. The results also showed that the wear rate of ODL in contact with the steel ball decreased as the normal load increased from 10 N to 40 N. This was due to a high coverage of iron-rich oxide layer on the wear surface. The formation of this tribological layer under the higher load also lead to a lower adhesion and coefficient of friction. Keywords: Tribology, Titanium, Thermal Oxidation and Diffusion Layer.
