پوشش های مقاوم به سایش برای افزایش عمر قطعات صنعتی

به گزارش راه ساری، محققان دانشکده مهندسی معدن و متالورژی دانشگاه صنعتی امیرکبیر با همکاری دانشگاه سیدنی استرالیا به فراوری پوشش هایی برای افزایش مقاومت به سایش فولادبرای فراوری قالب های شکل دهی دست یافتند.

به گزارش گروه علمی و دانشگاهی خبرنگاران به نقل از دانشگاه صنعتی امیرکبیر، محققان دانشکده مهندسی معدن و متالورژی دانشگاه صنعتی امیرکبیر با همکاری دانشگاه سیدنی استرالیا اخیرا به فراوری پوشش هایی برای افزایش مقاومت به سایش فولاد ابزار AISI H13 به عنوان یکی از فولادهای پرکاربرد برای فراوری قالب های شکل دهی دست یافتند که به گفته آنها اعمال این پوشش می تواند 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 H13 یکی از فولادهای پرکاربرد برای فراوری قالب های شکل دهی است که تحت سایش شدید قرار می گیرد از این رو اعمال پوشش مقاوم به سایش بر روی این فولاد، راه چاره مناسب و مالی به شمار می رود.

وی پوشش های 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 می توانند انتخابی مناسب برای افزایش طول عمر قطعات در این زمینه باشند.

شریف احمدیان با اشاره به اجرای پروژه تحقیقاتی با عنوان طراحی و فراوری پوشش دو لایه کربنی شبه الماس برای کاربردهای سایشی در صنعت در دانشگاه صنعتی امیرکبیر خاطر نشان کرد: در این طرح پوشش دولایه توسط روش رسوب شیمیایی بخار به یاری پلاسما (PACVD) بر زیر لایه فولاد ابزار نیتروژن کربن دهی شده، اعمال شد.

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

وی با بیان اینکه به منظور بهبود چسبندگی پوشش ها به زیرلایه و تأثیر متقابل آن بر رفتار سایشی، چند راه چاره اساسی به کار گرفته شد، اضافه نمود: فاز اول اعمال فرآیند نیتروژن کربن دهی روی نمونه های فولادی به منظور افزایش سختی زیرلایه و در فاز دوم با اضافه شدن عنصر نیتروژن به ساختار پوشش و فراوری پوشش های کربن شبه الماسی نیتروژن دار (N-DLC)، سختی و تنش های موجود در پوشش کاهش یافت و نهایتاً باعث بهبود چسبندگی آن به زیر لایه شد.

شریف احمدیان فاز سوم این فرآیند را طراحی و فراوری پوشش دولایه N-DLC/DLC از مقادیر بهینه شده توسط روش سطح پاسخ (RSM) برای پوشش های 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 یاری پلاسما، پوشش دولایه مربوطه با ضریب اصطکاک 12/0 و پایداری بالا در رفتار سایشی فراوری شد.

وی با اشاره به بررسی مورفولوژی سطحی و ساختار پوشش ها توسط میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM)، میکروسکوپ الکترونی(SEM) و همچنین گسیل میدانی (FESEM) تجهیز شده با طیف سنجی پراش انرژی پرتوایکس(EDS)، گفت: همچنین مطالعات ساختاری پوشش ها توسط بررسیهای طیف سنجی رامان، فوتوالکترون های اشعه ایکس (XPS)، مادون قرمز (ATR-FTIR)، انتشار نوری (OES)، الیپسومتری و پراش اشعه ایکس (XRD) انجام شد.

محقق این طرح با بیان اینکه فعالیت های تکمیلی این پروژه به مدت 7 ماه در دانشگاه سیدنی استرالیا در قالب فرصت تحقیقاتی انجام شده است، خاطر نشان کرد: تجربیات و نقطه نظرات اساتید و محققان این عرصه در این دانشگاه به همراه تجهیزات جدید و پیشرفته پوشش دهی و بررسی 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 قالب های شکل دهی می گردد، بلکه از لحاظ مالی بسیار با صرفه بوده است. استفاده از گاز نیتروژن در کنار گازهای مورداستفاده دیگر نظیر متان و آرگون در اتمسفر پلاسمای دستگاه و هم چنین دمای پایین و زمان کوتاه فرآیند، در مقایسه با روش های دیگر فراوری این نوع از پوشش ها، باعث کاهش هزینه های فراوری در مقیاس صنعتی می گردد.

شریف احمدیان یادآور شد: این پوشش دولایه طراحی شده هیچ گونه معادل خارجی و یا داخلی نداشته و بخشی از نوآوری موجود در این پروژه دکتری است اما در مقایسه با پوشش های 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 می گردد.