عنوان پایان‌نامه
مطالعه خواص سایشی دمای بالای پوشش نانو ساختار TiN اعمال شده به روش PACVD بر فولاد ابزار گرم کار H۱۱ نیتروژن دهی پلاسمایی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: TN 1135;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 65077
- تاریخ دفاع
- ۱۹ شهریور ۱۳۹۲
- دانشجو
- رضا تیما
- استاد راهنما
- احمدعلی آماده
- چکیده
- پوشش های سخت نیترید فلزات واسطه به دلیل پایداری حرارتی و سختی بالا، به طور گسترده ای برای افزایش مقاومت به سایش فولادهای ابزار، کاربرد دارند. نیترید تیتانیوم (TiN) از جمله این پوششها است که قابلیت لایه نشانی به روشهای متعددی مانند CVD، PVD و PACVD را دارد. اختلاف سختی بالا، بین نیترید تیتانیوم و زیر لایه فولادی، از ضعف های رفتار سایشی پوشش اعمال شده محسوب میشود. در این مطالعه، با استفاده از روش رسوب گذاری شیمیایی از فاز بخار به کمک پلاسما(PACVD) ، فولاد گرم کار H11 با هدف بررسی خواص سایشی با لایه ای از TiN به ضخامت حدود ?m3 و سختی سطحی HV1100 پوشش دهی شد. برای دست یابی به خواص مطلوب پوشش، قبل از عملیات لایه نشانی، زیرلایه مورد نظر با ترکیب گاز 25% نیتروژن و 75% هیدروژن مورد عملیات نیتروژن دهی پلاسمایی (PN) قرار گرفت که در نتیجه این فرآیند، لایه نفوذی با عمق حدود ?m80 ایجاد شد. ساختار کریستالی، ریزساختار و خواص مکانیکی پوشش به کمک پراش اشعه X. (XRD)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و ریزسختی سنجی مورد بررسی قرار گرفت. به منظور بررسی رفتار سایشی پوشش و تاثیر دما و نیروی اعمالی بر خواص سایشی، نمونه ها توسط گلوله فولادی 52100AISI در آزمون سایش گلوله روی دیسک در دماهای 25، 150، 300 و 450درجه سانتی گراد و نیروهای 5 و 15 نیوتن در مسافت های مختلف تحت سایش قرار گرفتند. نتایج به دست آمده از آزمون سایش در شرایط متفاوت، افزایش و کاهش مقاومت سایشی در فواصل مختلف را نشان داد. بر اساس نتایج بهدست آمده از آزمون سایش، مکانیسم غالب سایش در دمای محیط، سایش خراشان معرفی شد. در این دما، با افزایش نیروی اعمالی، نرخ سایش بر اساس پیش بینی آرچارد افزایش مییابد. افزایش دمای آزمون سایش منجر به فعال شدن واکنش های اکسیداسیون، تشکیل لایه های تریبولوژیکی و نرم شدن گلوله و زیرلایه میشود. تشکیل لایه تریبولوژیکی/اکسیدی پایدار در دمای C°150 باعث کاهش ضریب اصطکاک به مقدار 18/0میشود ولی با افزایش دمای آزمون سایش، به دلیل نرم شدن زیرلایه و شکست پوشش، مقدار ضریب اصطکاک افزایش می یابد. کلید واژه: پوشش های دوتایی، TiN، نیتروژن دهی پلاسمایی، PACVD، سایش.
- Abstract
- Hard transition metal nitride coatings, due to their high hardness and thermal stability at elevated tempretures, are widely used to improve the wear resistance of tool steels. Titanium Nitride (TiN) is a well-known coating in above mentioned category which can be applied via different methods such as CVD, PVD and PACVD. The difference between the hardness of TiN coating and steel substrate is one of the disadvantages of such wear resistant coatings. In this study, TiN film with 3 µm thickness and hardness of 1100 HV was applied on hot-working steel H11 via Plasma Assisted Chemical Vapor Deposition (PACVD) method to improve its wear behavior. To achieve the desired properties, the steel substrate was plasma nitrided in an atmosphere containing 25% Nitrogen and 75% Hydrogen. Consequently a diffusional layer of 80 µm thickness formed. Crystal structure and mechanical behavior of the coating was studied by means of X-ray Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscope (SEM) and micro-hardness test. To investigate the effect of temperature and applied force on the wear resistance of the coatings, the samples were tested by Ball-on-disk method. AISI 52100 steel was used as ball material. The wear tests were carried out at 25, 150, 300 and 450 ?C, with 5 and 15 N normal forces applied in different distances. According to the results, abrasive wear was the dominant wear mechanism at room temperature. At this temperature by increasing the applied force, the wear rate increased in accordance with Archard low. By increasing the temperature, oxidation occurred, tribological layer was formed and pin and substrate were softened. The formation of stable oxide tribological layer at 150 ?C resulted in a decrease in friction coefficient by 0.18. On the other hand, by increasing the test temperature friction coefficient increases as a result of softening of the pin and the substrate. Keywords: Duplex Coating, TiN, Plasma Nitride, PACVD, Wear
