دانلود پروژه رشته مواد در مورد متالورژی فیزیكی – قسمت دوم

دانلود پایان نامه

بنابراین ، میزان سختی اولیه را می توان به عنوان سختی لایه یا لایه اصلاح شده در نظر گرفت.

شكل (2) تفاوت سختی با توجه به عمق فرورفتگی در مورد نمونه های ثابت و تغییر كرده

شكل 2 سختی نمونه ای كه دارای پیوند یون نیتروژن است را با سختی نمونه ای سخت تر و دارای سطح كربن دار مقایسه می كند. شكل 2 نشان می دهد كه نمونه اصلاح شده از طریق یون سختی معادل GPa50 داشت. مقادیر سختی ثبت شده برای نمونه های دارای پیوند یون نیتروژن، تحت شرایط قرارگیری یون از 35 تا GPa50 در نوسان می باشد. مقادیر سختی و شرایط قرارگیری یون در جدول 1 ارائه شده اند.

نکته مهم : برای استفاده از متن کامل تحقیق یا مقاله می توانید فایل ارجینال آن را از پایین صفحه دانلود کنید. سایت ما حاوی تعداد بسیار زیادی مقاله و تحقیق دانشگاهی در رشته های مختلف است که می توانید آن ها را به رایگان دانلود کنید

مقادیر جدول 1 در مقایسه با مقادیر سختی معمولی سطح و نیز مقادیر موجود قبلی برای یون قرار گفته در سطوح فولادی كه معمولاً كمتر از GPa15 هسند ، بالاتر می باشند.

جدول (1): شرایط قرارگیری یون و مقادیر ثبت شده سختی سطح

انرژی باریكه بون Ion beam energy             نمونه Sample

 دیگر لایه هایی كه توسط باریكه یونی مورد اصلاح و تغییر قرار گرفته اند تا سختی كمتر از GPa25 دارند و اخیراً تنها لایه های سخت تر (با سختی GPa35) در مورد لایه های DLC گزارش شده اند.

مقادیر سختی گزارش شده در اینجا از چیزی كه در دیگر فرآیندهای اصلاح سطح یا رسوب لایه مشاهده شده است، بالاتر هستند. سختی بالایی كه بر روی سطح فولاد مورد مطالعه مشاهده كردیم، باید به علت اصلاح و تغییر شیمیایی سطح در نتیجه پیوند یون باشد.

بنابراین از تكنیك طیف نمایی فوتوالكترونی پرتوایكس در جهت بررسی تركیب شیمیایی لایه اصلاح شده استفاده كرده ایم. به طور خاص نمون سوم (برطبق جدول 1) را انتخاب كرده ایم. نمونه ای كه نشان دهنده بالاترین سختی برای ویژگی های روش طیف نمایی فوتوالكترونی پرتوایكس بود. شكل 3 بررسی كلی روش طیف نمایی فوتوالكترونی پرتوایكس با محدوده انرژی صفر تا Ev 1000 را برای نمونه سوم در شرایط قرارگیری و بعد از یك دقیقه حك كردن یون آرگون نشان می دهد. به منظور مقایسه، اطلاعات مربوط به نمونه ای كه یونی در آن قرار نگرفته است نیز بر روی همان نمودار نشان داده شده است.

شكل (3): بررسی كلی XPS عناصر

مشاهده می شود كه خطوط آهن حتی بعد از یك دقیقه حك كردن یون آرگون برای آن نمونه دارای پیوند بسیار ضعیف هستند. به علاوه، همانطوری كه در شكل نشان داده شده است، نمونه دارای پیوند یونی نمایانگر قله های Si و N نسبتاً قوی می باشد.

اگرچه وجود خط نیتروژن به طور آشكار می تواند به علت تأثیر فرآیند پیوند یون نیتروژن باشد، با این حال نقطه اوج سیلیسیم قوی و علائم آهن ضعیف در مقایسه با نمونه ای مثل آنچه دریافت شده است حاكی از سطح آلیاژی انبوه در مقیاس میكرو و نواحی سطح زیرین می باشد.

آن علامت و نشانه ضعیف آهن به طرز خاصی تعجب برانگیز بود و تصمیم ما تأثیر این علائم ضعیف با مطالعه جامع خطوط p2 آهن می باشد.(شكل شماره 4)

شكل (4) طیفهای Fe2P به عنوان تابعی از زمان حكاكی در مورد سطح فولادی دارای پیوند با یون نیتروژن         انرژی پیوند = Binding energy

تفاوت در آن طیف برای P2 Fe را به عنوان تابعی از عمق سطح نشان می دهد.

همانطوری كه می توان مشاهده كرد تا حدود 4 دقیقه بعد از حكاكی ، خط P2 Fe قوی نمی گشت و همانطوری كه در یك نمونه تازه انتظار می رود تنها بعد از حكاكی طولانی مدت خط P2 Fe به طرز مطلوبی مشخص شد. این مدرك تأیید می كند كه آهن نقش كمی در ساختار شیمیایی سطح ایفا می كند. همچنین تأیید كننده این است كه تركیب آهن در محدوده ای بالای عمق در حال افزایش مرتبط با تراكم انبوه، در چند ده نانومتر در نوسان است. ما آن تفاوت را مورد بررسی قرار داده ایم و از لحاظ كمیتی ، تركیبات را به عنوان تابعی از عمق مشخص كرده ایم. این نتایج در جای دیگر پدیدار می شود. آن مدرك موجود قویاً مطرح می كند كه سطحی كه لزوماً شامل كربن و سیلیسیم و نتیروژن است یا به عنوان لایه ای حمل از منابع آلوده كننده دچار رسوب و ته نشین می شود و یا اینكه در طول فرآیندهای قرارگیری یون از ناحیه لایه زیرین و در پی واكنش شیمیایی انتخابی ترجیحی بین یون نیتروژن و كربن و سیلیسیم از ناحیه لایه زیرین فولادی رشدی می كند. قرارگیری یون توسط بسیاری از محققین مورد بررسی قرار گرفته است و املاح و تغییر شیمیایی اغلب به علت شكل گیری نیتریدهای آهن با ساختار FexNy و یا نیتروژن در محلول جامد گزارش شده است.

در تمامی این موارد، مقادیر سختی یا اندازه گیری نشده اند و یا اینكه این مقادیر گزارش شده به مراتب كمتر از مقادیر سختی بوده اند كه در این كار مشاهده می شوند. در كار ما به طرز واضحی آهن نقش كمی در سختی بسیار بالای سطح ایفا می كند. مدركی كه ما تاكنون نشان داده ایم تأیید كننده این است كه سطح لزوماً تركیبی از C و N و مقادیری سیلیسیم (Si) و به احتمال فراوان لایه ای محتوی نیترید كربن دارای عنصر تقویتی سیلیسیم است. وجود لایه نیترید كربن در تأیید مقادیر سختی بالایی است كه یافت شده است. به نحوی مشابه، سختی بالایی (اگرچه با مقدار حدوداً كمتر از GPa35) در لایه های شبه الماسی دارای عنصر تقویتی نیتروژن گزارش شده است. در این مورد لایه ها به صورت بی شكل و نامتبلور هستند. LiV و Cohen وجود ساختاری متبلور برای C3N4 را مشابه با ساختار متبلور با سختی تعیین شده قابل مقایسه با سختی الماس پیش بینی كرده بودند. اگرچه تلاش های زیادی در زمینه تركیب ساختار متبلور نیترید كربن صورت رفته است با این حال بهترین تلاش ها در مورد متغیرهای غیر استئوكیومتری لایه های نیترید كربن بوده است این متغیرها به منظور وجود انواع SP3 در پیوندهای قابل پیش بینی در ساختار متبلور C3N4 مورد مطالعه قرار گرفته اند. ما بیشتر ماهیت پیوندهای كربن و نیتروژن را در لایه املاح شده مورد بررسی قرار دادیم و آن را با مفاهیم درك شده فعلی از لایه های نیترید كربن مقایسه نمودیم. روش طیف نمایی فوتوالكترونی پرتوایكس در مورد C1S و N1S به ترتیب در شكل های 5 و 6 نشان داده شده اند. استفاده از C1S برای هر ویژگی معنی داری دشوار است كه علت ان نقش احتمالی دیگر منابع كربنی است. با این وجود، ما انتظار داریم كه بعضی از ویژگی های این خط نشانه هایی از ماهیت شیمیایی كربن پیوندی با نیتروژن از ناحیه لایه اصلاح شده را ارائه كند.

نقاط اوج C1S در eV285 حداكثر نیمی از كل پهنا معادل eV4 حاكی از این است كه آن از بیش از یك منبع و به احتمال فراوان از دو منبع ناشی می شود.

با این وجود، مركز نقطه اوج نزدیك به eV285 متناسب بانوع SP3 پیوندهای كربن است كه این دو نوع در ساختار مبتلور C3N4 پیش بینی شده است.

نقطه اوج (قله) N1S (با توجه به شكل 6) به خصوص بیشتر جهت تعیین ویژگی لایه اصلاح شده مورد مطالعه قرار می گیرد. قله های طیف N1S در eV5/398 با حداكثر نصف كل پهنای معادل eV2 می باشد. مقدار حداكثر نصف كل پهنا ناچیز و نزدیك به مقادیر 7/1 تا 8/1 است كه این مقادیر به گونه های نیتروژنی اختصاص دارد.

شكل (5): طیف نمایی فوتوالكترونی پرتوایكس برای C1S از سطح فولادی دارای پیوند با یون نیتروژن             شدت = Intensity

شكل (6) N1S از سطح فولادی دارای پیوند با یون نیتروژن

ارزیابی این مدرك حاكی از این است كه وجود نیتروژن، عمدتاً ناشی از گونه نیتروژنی واحدی در مقایسه با طیف بسیار گسترده نیتروژنی است كه این طیف گسترده در چندین تلاش دیگر و در تركیب نیتریدهای كربن ثبت شده است. استفاده از طیف نمایی فوتوالكترونی پرتوایكس (XPS) برای تعیین موقعیت نیتروژن دارای اتصال SP3 درلایه های C-N نتایج بسیار متفاوتی به وجود آورده است. و بنابراین تعیین انرژی پیوندی گل برای نیتروژن دارای اتصال SP3 در نیتریدهای كربن امری دشوار است.

چیزی كه به نظر آشكار می رسد این است كه موقعیت قله یا آن نقطه اوج وابسته به تراكم نیتروژن و شرایط فرآیند دارد. با این وجود ، نتیجه ی ای كه هم اكنون برای ما موجود است و نشان دهنده نقطه اوج N1S در 5/398 می باشد متناسب و سازگار با نیتروژن دارای پیوند SP3 می باشد.

نقش سیلیسیم (Si) در شكل گیری پیوندای SP3 در C-N به عنوان نقش عمده و اساسی مورد توجه قرار می گیرد و در واقع تصور می شود كه سیلیسیم قسمتی از تركیب شیمیایی است.

از آنجایی كه Si3N4 مشابه ساختار C3N4 است بنابراین تصویر می شود كه عمل تقویت كننده Si شكل گیری اتصال SP3 را كه در یك نیترید تركیبی از نوع (C,Si)3 N+ انتظار می رود تسریع می كند. برای نمونه مشخص است كه Si3N+ توسط قرارگیری یون نیتروژن در داخل لایه زیرین محتوی سیلیسیم رشد كرده است. همچنین انواع پیوند SP3 در اتصالات C-N بر روی لایه های رشد كرده در داخل لایه های زیرین سیلیسیم گزارش شده اند.

بنابراین می­توان گفت كه اتصالات و پیوندهای SP3 در پیوندهای (C,Si)-N می تواند از طریق عمل تقویت كننده Si (سیلیسیم) افزایش یابد. عمل تقویتی سیلیسیم عامل تركیب شیمایی مختلفی بود كه مادر لایه فولادی دارای پیوند نیتروژن مشاهده نمودیم. بنابراین ، تركیب نشانه های حاصل از روش طیف نمایی فوتوالكترونی پرتوایكس و سختی دارای مقیاس نانو تأیید می كند كه سختی بسیار بالایی كه از سطح فولادی دارای پیوند یونی مشاهده نمودیم. نتیجه تغییر شیمیایی سطح فولاد توسط فرآیند قرارگیری یون می باشد. اصل سختی سطح به علت ساختار شیمیایی كربن و نیتروژن است كه پیدایش این ساختار به علت وجود مقدار ناچیز Si می باشد. سختی بسیار بالایی كه در نتیجه فرآیند ترزیق یون می باشد كاربرد قابل توجهی در زمینه طراحی و آمادگی سطح در برابر فرآیند سایشی دارد.

4- نتایج

تركیب سطحی متشكل از فولاد آلیاژی پایین كه تحت عملیات حرارتی قرار گفته است از طریق پیوند با یون نیتروژن قابل تغییر و اصلاح می باشد.

در نتیجه فرآیند یون، آن واكنش شیمیایی باعث پیدایش و شكل گیری نیتریدهای كربن و سیلیسیم (Si) می شود. سختی سطح اصلاح شده 35 تا GPa50 بود كه میزان این سختی بستگی به شرایط جا گیری یون داشت و بالاتر از سختی لایه های شبه الماسی دارای عنصر تقویتی نیتروژن بود.

برای دیدن قسمت های دیگر این تحقیق لطفا” از منوی جستجوی سایت که در قسمت بالا قرار دارد استفاده کنید. یا از منوی سایت، فایل های دسته بندی رشته مورد نظر خود را ببینید.

با فرمت ورد

Leave a comment