به گزارش اجاره محققان دانشکده مهندسی معدن و متالورژی دانشگاه صنعتی امیرکبیر با همکاری دانشگاه سیدنی استرالیا به تازگی به تولید پوشش هایی برای افزایش مقاومت به سایش فولاد ابزار AISI H۱۳ بعنوان یکی از فولادهای پرکاربرد برای تولید قالب های شکل دهی دست پیدا کردند که به قول آنها اعمال این پوشش می تواند در افزایش طول عمر قطعات در صنعت موثر باشد.
به گزارش اجاره به نقل از ایسنا، 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 اظهار داشت: فولاد ابزار AISI H۱۳ یکی از فولادهای پرکاربرد برای تولید قالب های شکل دهی است که تحت سایش شدید قرار می گیرد؛ ازاین رو اعمال پوشش مقاوم به سایش بر روی این فولاد، راهکار مناسب و اقتصادی به حساب می آید.
وی پوشش های کربنی شبه الماسی (DLC) را بهترین پوشش برای این فولاد دانست؛ چونکه دارای خواص منحصر به فردی چون مقاومت سایشی بالا، ضریب اصطکاک کم، سختی بالا و خنثی از نظر 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 تولید پوشش دو لایه کربنی شبه الماس برای کاربردهای سایشی در صنعت” در دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تصریح کرد: در این طرح پوشش دولایه توسط روش رسوب شیمیایی بخار به کمک پلاسما (PACVD) بر زیر لایه فولاد ابزار نیتروژن کربن دهی شده، اعمال شد.
این محقق با تاکید بر اینکه دستگاه رسوب شیمیایی بخار به کمک پلاسما از جانب دکتر فرزاد محبوبی، استاد راهنمای این پروژه طراحی و ساخته و بومی سازی شد، افزود: عملکرد سایشی پوشش های کربن شبه الماسی تحت تأثیر عوامل خیلی 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 اشاره به اینکه به منظور بهبود چسبندگی پوشش ها به زیرلایه و تأثیر متقابل آن بر رفتار سایشی، چند راهکار اساسی به کار گرفته شد، افزود: فاز اول اعمال فرایند 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 تولید پوشش های کربن شبه الماسی نیتروژن دار (N-DLC)، سختی و تنش های موجود در پوشش کاهش پیدا کرد و نهایتاً سبب بهبود چسبندگی آن به زیر لایه شد.
شریف احمدیان، فاز سوم این فرایند را طراحی و تولید 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 خاطرنشان کرد: در فاز چهارم با اعمال فرایند توری فعال در دستگاه رسوب شیمیایی بخار به کمک پلاسما، پوشش دولایه مربوطه با ضریب اصطکاک ۰.۱۲ و پایداری بالا در رفتار سایشی تولید شد.
وی با اشاره به بررسی مورفولوژی سطحی و ساختار پوشش ها توسط میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM)، میکروسکوپ الکترونی (SEM) و همینطور گسیل میدانی (FESEM) تجهیز شده با طیف سنجی پراش انرژی پرتوایکس(EDS)، اظهار داشت: همینطور مطالعات ساختاری پوشش ها توسط آنالیزهای 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 اشاره به اینکه فعالیت های تکمیلی این پروژه به مدت ۷ ماه در دانشگاه سیدنی استرالیا در چارچوب فرصت تحقیقاتی انجام شده است، تصریح 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 ارتقای سطح علمی این پروژه داشته است.
به قول وی، طراحی پوشش دولایه N-DLC/DLC نه تنها سبب افزایش عمر قطعات استفاده شده در چارچوب های شکل دهی می شود، 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 فرایند، در مقایسه با روش های دیگر تولید این نوع از پوشش ها، سبب کاهش هزینه های تولید در مقیاس صنعتی می شود.
بر مبنای اعلام روابط عمومی دانشگاه صنعتی امیرکبیر، شریف احمدیان خاطرنشان کرد: 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، سبب ایجاد خواص مقاومت به سایشی بالا به همراه چسبندگی مناسب به زیرلایه می شود.
