دانلود پروژه رشته مواد در مورد متالورژی فیزیكی – قسمت اول

دانلود پایان نامه

سختی بسیار بالای فولاد آلیاژی پایین طی فرآیند پیوند و قرارگیری یون نیتروژن

خلاصه مطلب : تركیب سطح فولاد آلیاژی پایین بعد از قرار گیری یون نیتروژن با روش طیف نمایی فوتوالكترون پرتوایكس (XPS) مورد بررسی و مطالعه قرار گرفت.

تأثیر آن پیوند بر روی سختی مكانیكی از طریق میزان سختی دندانه ای كه بیش از مقیاس میكرو بود مورد ارزیابی قرار گرفت. ویژگی شیمیایی سطح نمایانگر شكل گیری لایه نازك غنی از نیتروژن و كربن و سیلیسیم بود. بر طبق مشاهدات ، آهن نقش كمی در تركیب شیمایی و ساختار سطح اصلاح شده ایفا نمود. در مقایسه با سختی نمونه اولیه كه معادل GPa 10 بود.

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

سختی مكانیكی سطح دارای پیوند یون نیتروژن GPa35 تا GPa50 بود.

تصور می شود كه سختی بیش از اندازه بالای مشاهده شده بر روی سطح و در سطح زیرین (لایه فرعی) نتیجه اصلاح و تغییر شیمیایی جهت شكل گیری لایه اصلاح شده از نیترید كربن محتوی عنصر تقویتی سیلیسیم بود. شواهد حاصل از شیوه طیف نمایی فوتوالكترونی پرتوایكس (XPS) و فرورفتگی نانو نشان می دهند كه اتصالات و پیوندهای C-N در سطحی نزدیك به احتمال فراوان از انواع SP3 می باشد كه در یك تركیبی مشابه در ساختار متبلور Bc3N4 قابل انتظار می باشد.

  1- مقدمه

نیتروژن دهی و كربن دهی به خوبی در فرآیندهای صنعتی به منظور ایجاد سختی برای سطوح فولادی استفاده می شوند. فرآیندهای نیتروژن دهی و كربن دهی، به ویژه ایجاد سختی برای سطوح فولادی استفاده می شوند. فرایندهای نیتروژن دهی و كربن دهی، به ویژه در كاربردهای صنعتی نیازمند مقاومت در برابر فرآیند سایش استفاده می شوند.

درچنین مواردی ، سختی از طریق شكل گیری كربیدها یا نیتریدهای نیمه پایدار و یا ساختار مارتنزیتی بر روی سطح فولاد، به وجود می آید.

حداكثر سختی چنین تغییرات سطحی معمولاً كمتر از GPa15 می باشد.

گسترش زمینه های تحقیقاتی به ویژه از طریق تكنولوژیهای جدیدتر تغییر سطح و رسوب لایه های نازك شامل توسعه سطوح سخت تر می شود. جهت اصلاح ویژگی های مقاومت سایشی موادی كه به طور معمول استفاده می شوند سختی و مدول های بالاتری نیاز می باشد.

ایجاد اصلاح و تغییر بیشتر در سطح نیازمند كاربرد دیگر مواد ضروری مانند زنگ زدگی و مقاومت فرسودگی می باشد. فرآیندها ، هم اكنون جهت رسوب لایه های با سختی بسیار بالا بر روی لایه های زیرین نسبتاً گزم موجود می باشند.

این موارد شامل تكنیكهای پوششی لایه الماس و شماری از فرآیندهای جدید می شود.

این فرایندهای جدید به منظور رسوب گذاری گرم یا سرد لایه های شبه الماس توسعه می یابند.

اگرچه رسوب مستقیم لایه بر طبق نتایج مورد نظر می باشد با این حال در شماری از فرآیندها حدود ومرز فیزیكی و طبیعی كه همچنان بین لایه پوششی سخت و لایه زیرین وجود دارد.

به عنوان یك چالش تكنیكی باقی می ماند و مانع استفاده از چنین فرآیندهایی و كاربرد آنها در زمینه مقاومت سایش می شود. پیوند و قرار گرفتن یون تواناییهایی در زمینه تولید تركیبات جدید و ساختارهایی دارد كه از طریق وسایل معمولی قابل دسترسی نمی باشند.

از آنجایی كه این فرآیند، فرآیندی نامتعادل می باشد ، امكان این كه شكل گیری حالتهای نیمه پایدار جدید باقی بماند، وجود دارد. در واقع ، این فرآیند مسیر مورد نظر جهت تركیب فاز پیش بینی شده ساختار متبلور Bc3N4 را از لحاظ تئوری نشان می دهد.

پیوند و قرارگیری یون گزینه ای جهت رشد لایه ای سخت و لایه اصلاح شده از لحاظ شیمیایی است. این فرآیند (قرارگیری یون) انتقال تدریجی از لایه ای بسیار سخت را به سمت لایه زیرین بزرگ و نسبتاً نرم فراهم می كند. این عمل از لحاظ شیمیایی به وسیله لایه ای اصلاح شده با سختی متوسط صورت می گیرد.

محققان بسیاری، تغییرات لایه های زیرین آهنی را با قراردادن یونهای دارای انرژی بالا و پایین مورد بررسی قرار داده اند. شواهد فراوانی وجود دارند كه نشان می دهند پیوند یون (به خصوص یونهای نیتروژن و بور) سختی سطح را افزایش می دهد كه در اصل سختی سطح افزایش یافته و مقاومت در برابر فرآیند سایش نیز بیشتر می شود.

با این وجود، موارد زیادی درباره تركیبات شیمیایی كه از طریق فرایند املاح یونی تشكیل شده اند و نیز تأثیرات تركیب اساسی و شرایط پیوند بر روی ویژگی های مكانیكی و شیمیایی لایه اصلاح شده یونی وجود دارند كه لازم است مورد توجه قرار گیرند. بیشترین درك از این مفاهیم موجود اصلاحات در سختی سطح و ویژگی های سایش شناسی پیوند یون نیتروژن را پیشنهاد می كند.

این خصوصیات سایشی پیوند یون نیتروژن ناشی از اثرات ایجاد محلولی جامد یا شكل گیری نیتریدهای آهن نیمه پایدار به شكل فرمولی FexNy است. در این فرمول، ساختار Fe16N2 به طرز وسیعی به عنوان گونه های عمده و برتر مورد قبول قرار گرفته است. بر طبق شواهد جدید، تغییر و اصلاح از طریق پیوند یون می تواند باعث ایجاد تركیبی در سطح شود كه این تركیب لایه ای را به وجود می آورد كه در ان گونه های آهن دار نقش كمی ایفا می كنند و حضور Si (سیلیسیم) در لایه زیرین فولادی به نظر می رسد كه رشد نتیرید كربن را به عنوان تقویت كننده افزایش می دهد.

ما از مشاهداتی تركیبی ناشی از تجربیات فرورفتگی نانو و شیوه طیف نمایی فوتوالكترونی پرتو ایكس استفاده كرده ایم تا اصلاح سطحی را كه ناشی از قرار گرفتن یون دارای انرژی متوسط از فولاد آلیاژی پایین است مورد تغییر قرار دهیم. به طور معمول سختی چنین سطحی با استفاده از فرآیند نیتروژن دهی قابل تشدید است.

2- مرحله آزمایش

قرار گیری و پیوند یون نیتروژن، بر روی یك ترزیق كننده یونی 50 Ke V هدایت شد. این ترزیق كننده عبارت است از : یك منبع یونی آزاد، یك تمیز كننده الكترونیكی، یك شاب دهنده دارای ولتاژ بالا، یك آهن ربای انتخاب بزرگ و اتاقكی با فضای خلأ بسیار بالا.

شكل شماره (1) طرحی شماتیك از این ترزیق كننده یونی را نشان می دهد.

شكل (1) طرحی شماتیك از ترزیق كننده یونی KV50

برای پیوند و قرارگیری یون، آن اتاقك در ابتدا از لحاظ فشار تا Torr7-10 تخلیه می شود و با نیتروژن دارای خلوص بالا با فشاری معادل Torr 5-10 مجدداً پرمی شود.

كه این امر در جهت تولید یونهای نیتروژن صورت می گیرد.

انواع یونهای نیتروژن به صورت انبوه به كمك آهن رباهای الكتریكی انتخاب می شوند. این آهنرباهای الكتریكی به كمك یك منبع قدرت خارجی كنترل می شوند.

در این آزمایش ولتاژهای شتاب از KeV20 تا KeV30 بودند. آهن رباهای تنقیلمی كمكی مورد استفاده قرار گرفتند تا عبور باریكه یون از میان روزنه ای در یك صفحه گرافیتی بر روی ظرف فاراده را تنظیم كنند. وقتی تنظیم تكمیل می شود نمونه آزمایش جایگزین صفحه گرافیتی باریكه از لحلاظ كامپیوتری مورد بررسی دقیق و اكسن در موقعیت 50 هرتز عمودی قرار می گیرد و آن نمونه آزمایش به طور مكانیكی ، توسط موتور تنظیم شده كامپیوتر بیرونی در حركت افقی نوسانی در عرض آن باریكه یونی حركت می كند. این امر امكان تأثیر متقابل باریكه یكنواخت را با نمونه آزمایش فراهم می كند. جریان باریكه یونی در طول قرارگیری یون، جهت تعیین و ارزیابی مجموع بارالكتریكی یون نیتروژن تنظیم و كنترل می شود. جای گیری یون متفاوت از 1 تا 103mc×2 بود و حد متوسط ناحیه ای كه در آن یون قرار گرفت بیش از ناحیه 4mc2×4 بود. محدوده ناحیه ای كه یون در آن قرار داشت 4 تا 1017cm2×8 است.

بررسی های سطح در روش های تركیبی طیف نمایی فوتوالكترونی پرتو ایكس و طیف نمایی الكترونی اوژه با به كارگیری طبق سنج دارای نشانگر PH انجام شد. در این بررسی ها از تابش منیزیم با بیش از یك طول موج و استفاده شد كه شامل آنالیز و آینه ای به شكل استوانه می شود.

بررسی های كلی و دقیق در انرژی عبوری ev50 انجام شدند و بررسی های عنصری با تفكیك پذیری بالاتر در انرژی عبوری ev25 انجام گرفتند. سختی سطح توسط VMIS 2000 بررسی شد.

VMIS 2000 میله مدرجی در مقیاس میكرو و دارای عملكرد ماكنیكی است كه توانایی كسب اطلاعات عمیق و جامع را با نیرو دارد و نیز قادر به كسب میزان تفكیك پذیریمای عمیق در مقیاس نانومتر می باشد. نیروی گرفته شده توسط VMIS 2000 در طول 20 مرحله متفاوت از مقدار تماس Mn1/0 تا حداكثر mN5 بود.

اطلاعات حاصل از مقادیر نیرو و عمق توسط آن وسیله نرم افزاری مورد بررسی قرار گرفتند و حداكثر سختی به عنوان سختی در نظر گرفته شد.

3- نتایج و بحث

تجربیات حامل از فرورفتگی نانو در جهت بررسی ویژگی های میكرومكانیكی نمونه های یون قرار گرفته مورد استفاده قرار گرفتند. نمونه ای از سختی های مرتبط با سختی در مقیاس نانو به عنوان تابعی از عمق فرورفتگی برای نمونه های فولاد اولیه و اصلاح شده در شكل 2 نشان داده شده است. از لحاظ ویژگی ، مقادیر سختی مطابق قابل پیش بینی و مورد انتظار مربوط به ماده توده ای به عنوان تداوم فرورفتگی ها می باشد. سختی GPa10 برای لایه فولادی متناسب با سختی فرورفتگی (دندانه ای) منتشر شده برای فولادهای آلیاژزی است. این تناسب و همخوانی وجود واحدهای اندازه گیری میكرومكانیكی ما را تأیید می كند. میزان سختی برای سطحی اصلاح شده یا برای محلی كه در آن لایه ای رسوب كرده است. معمولاً از میزانی كه متناسب با سختی لایه است و قبل از تجزیه و تلاشی سختی توده ای لایه زیرین شروع می شود (به شكل 2 رجوع شود). بالای عمق فرورفتگی كه در حد ده ها نانومتر است به ویژگی های لایه بستگی دارد.

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