با همکاری دانشگاه امیرکبیر و استرالیا؛

پوشش‌های مقاوم به سایش برای افزایش عمر قطعات صنعتی تولید شد

محققان دانشکده مهندسی معدن و متالورژی دانشگاه صنعتی امیرکبیر با همکاری دانشگاه سیدنی استرالیا پوشش‌هایی برای افزایش مقاومت به سایش فولاد برای تولید قالب‌های شکل‌دهی تولید کردند.

کد خبر: ۷۷۷۷۶۴

يکشنبه - ۲۳ تير ۱۳۹۸ / July 14, 2019

به گزارش گروه فناوری خبرگزاری دانشجو به نقل از دانشگاه صنعتی امیرکبیر، محققان دانشکده مهندسی معدن و متالورژی دانشگاه صنعتی امیرکبیر با همکاری دانشگاه سیدنی استرالیا اخیرا به تولید پوشش‌هایی برای افزایش مقاومت به سایش فولاد ابزار AISI H ۱۳ به عنوان یکی از فولاد‌های پرکاربرد برای تولید قالب‌های شکل دهی دست یافتند که به گفته آن‌ها اعمال این پوشش می‌تواند در افزایش طول عمر قطعات در صنعت موثر باشد.

امید شریف احمدیان دانش آموخته دکتری دانشکده مهندسی معدن و متالورژی دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تماس سطوح قطعات مختلف با یکدیگر را یکی از عوامل اصلی کاهش عمر قطعات در صنعت دانست و گفت: فولاد ابزار AISI H ۱۳ یکی از فولاد‌های پرکاربرد برای تولید قالب‌های شکل‌دهی است که تحت سایش شدید قرار می‌گیرد از این رو اعمال پوشش مقاوم به سایش بر روی این فولاد، راهکار مناسب و اقتصادی به شمار می‌رود.

وی پوشش‌های کربنی شبه الماسی «DLC» را بهترین پوشش برای این فولاد دانست؛ چراکه دارای خواص منحصر به‌ فردی، چون مقاومت سایشی بالا، ضریب اصطکاک کم، سختی بالا و خنثی ازنظر شیمیایی است و می‌توانند انتخابی مناسب برای افزایش طول عمر قطعات در این زمینه باشند.

شریف احمدیان با اشاره به اجرای پروژه تحقیقاتی با عنوان طراحی و تولید پوشش دو لایه کربنی شبه الماس برای کاربرد‌های سایشی در صنعت در دانشگاه صنعتی امیرکبیر عنوان کرد: در این طرح پوشش دولایه توسط روش رسوب‌ شیمیایی بخار به کمک پلاسما «PACVD» بر زیر لایه فولاد ابزار نیتروژن کربن‌دهی شده، اعمال شد.

این محقق با تاکید بر اینکه دستگاه رسوب شیمیایی بخار به کمک پلاسما از سوی فرزاد محبوبی استاد راهنمای این پروژه طراحی و ساخته و بومی‌سازی شد، ادامه داد: عملکرد سایشی پوشش‌های کربن شبه الماسی تحت تأثیر عوامل بسیاری از جمله چسبندگی پوشش به زیرلایه، شرایط محیطی در طول آزمون سایش و سختی پوشش، می‌تواند تغییر کند. اما برای زیر لایه‌های نرم مانند فولاد، کاهش چسبندگی پوشش به زیرلایه تأثیر منفی بر رفتار سایشی پوشش دارد.

وی با بیان اینکه به منظور بهبود چسبندگی پوشش‌ها به زیرلایه و تأثیر متقابل آن بر رفتار سایشی، چند راهکار اساسی به کار گرفته شد، اضافه کرد: فاز اول اعمال فرآیند نیتروژن کربن‌ دهی روی نمونه‌های فولادی به‌ منظور افزایش سختی زیرلایه و در فاز دوم با اضافه شدن عنصر نیتروژن به ساختار پوشش و تولید پوشش‌های کربن شبه الماسی نیتروژن دار «N-DLC»، سختی و تنش‌های موجود در پوشش کاهش یافت و نهایتاً باعث بهبود چسبندگی آن به زیر لایه شد.

شریف احمدیان فاز سوم این فرآیند را طراحی و تولید پوشش دولایه N-DLC/DLC از مقادیر بهینه‌ شده توسط روش سطح پاسخ «RSM» برای پوشش‌های تک لایه کربن شبه الماسی «DLC و N-DLC» ذکر کرد و یادآور شد: در فاز چهارم با اعمال فرآیند توری فعال در دستگاه رسوب‌ شیمیایی بخار به کمک پلاسما، پوشش دولایه مربوطه با ضریب اصطکاک ۱۲/۰ و پایداری بالا در رفتار سایشی تولید شد.

وی با اشاره به بررسی مورفولوژی سطحی و ساختار پوشش‌ها توسط میکروسکوپ نیروی اتمی «AFM»، میکروسکوپ الکترونی «SEM» و همچنین گسیل میدانی «FESEM» تجهیز شده با طیف‌ سنجی پراش انرژی پرتوایکس «EDS»، تصریح کرد: همچنین مطالعات ساختاری پوشش‌ها توسط آنالیز‌های طیف‌ سنجی رامان، فوتوالکترون‌های اشعه ایکس «XPS»، مادون‌قرمز «ATR-FTIR»، انتشار نوری «OES»، الیپسومتری و پراش اشعه ایکس «XRD» انجام شد.

محقق این طرح با بیان اینکه فعالیت‌های تکمیلی این پروژه به مدت ۷ ماه در دانشگاه سیدنی استرالیا در قالب فرصت تحقیقاتی انجام شده است، بیان کرد: تجربیات و نقطه نظرات اساتید و محققان این عرصه در این دانشگاه به همراه تجهیزات جدید و پیشرفته پوشش دهی و آنالیز مواد مستقر در گروه فیزیک پلاسما و مهندسی سطح دانشگاه سیدنی، نقش بسزایی در زمینه ارتقا سطح علمی این پروژه داشته است.

به گفته وی طراحی پوشش دولایه N-DLC/DLC نه تنها باعث افزایش عمر قطعات استفاده شده در قالب‌های شکل‌ دهی می‌شود، بلکه از لحاظ اقتصادی بسیار با صرفه بوده است. استفاده از گاز نیتروژن در کنار گاز‌های مورد استفاده دیگر نظیر متان و آرگون در اتمسفر پلاسمای دستگاه و هم‌ چنین دمای پایین و زمان کوتاه فرآیند، در مقایسه با روش‌های دیگر تولید این نوع از پوشش‌ها، باعث کاهش هزینه‌های تولید در مقیاس صنعتی می‌شود.

شریف احمدیان یادآور شد: این پوشش دولایه طراحی‌شده هیچ‌گونه معادل خارجی و یا داخلی نداشته و بخشی از نوآوری موجود در این پروژه دکتری است، اما در مقایسه با پوشش‌های معادل خارجی کربن شبه الماسی که از نیتروژن در آن‌ها استفاده شده است این پوشش دولایه با ایجاد یک حالت گرادیانی از خواص مکانیکی و شیمیایی از زیرلایه تا سطح پوشش، باعث ایجاد خواص مقاومت به سایشی بالا به همراه چسبندگی مناسب به زیرلایه می‌شود.