مطالعه رفتار سایشی پوشش‌های اعمال شده بر روی تیتانیوم به روش‌های آبکاری الکتریکی و نیتروژن دهی پلاسمایی

فرآیندهای نوین در مهندسی مواد

دوره 15، شماره 1 - شماره پیاپی 56، اردیبهشت 1400، صفحه 51-65   

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.30495/apme.2021.681635

نویسندگان

آروین تقی زاده تبریزی^{* 1}؛ حسین آقاجانی²؛ حسن ثقفیان³؛ فرهاد فرهنگ لاله⁴

¹دانشجوی دکتری مهندسی مواد و متالورژی، گروه مهندسی مواد، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

²دانشیار، گروه مهندسی مواد، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

³دانشیار، دانشکده مهندسی مواد و متالورژی، دانشگاه علم و صنعت، تهران، ایران

⁴کارشناس ارشد، پژوهشکده رانشگرهای فضایی، پژوهشگاه فضایی ایران، تبریز، ایران

چکیده

خواص سطحی قطعات صنعتی و مخصوصاً رفتار سایشی آن­ها در کاربردهای مشخص نقش تعیین­کننده­ای در طول عمر سرویس­دهی دارد. آبکاری کروم و نیتروژن دهی پلاسمایی از جمله دو روش رایج جهت اعمال پوشش­های سخت هستند که قابلیت اعمال بر روی زیرلایه­های مختلف دارند. در تحقیق حاضر، این دو پوشش بر روی زیرلایه تیتانیومی اعمال شده و رفتار سایشی پوشش­های اعمال شده با یکدیگر مقایسه شده است. برای بررسی رفتار سایشی از آزمایش پین بر روی دیسک استفاده شده است. برای تعیین مکانیزم سایش غالب در نمونه­ها، از بررسی توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی جهت بررسی سطح اثر قسمت سایش یافته استفاده شده است. نتایج نشان می­دهد علیرغم ریزسختی به­دست آمده بیشتر در نمونه­های آبکاری کروم شده در حدود 597 ویکرز در چگالی جریان 50 آمپر بر دسی­متر مربع و 60 دقیقه و 528 ویکرز در نمونه نیتروژن دهی شده در 600 درجه سانتی­گراد که تقریباً 3 برابر ریزسختی نمونه تیتانیومی است، این نمونه­ها دارای کاهش وزن بیش­تری بوده و رفتار سایشی ضعیف­تری نسبت بـه نمونه­های نیتـروژن دهی شده از خود نشان می­دهند. نتایج نشان­دهنده فعال بودن مکانیزم سایش چسبان در هر دو نمونه­های پوشش کروم­دار و نمونه­های نیتروژن دهی شده است. هم­چنین کم­ترین ضریب اصطکاک به­دست آمده در نمونه نیتریده شده در دمای 600 درجه سانتی­گراد برابر با 519/0 است.

کلیدواژه‌ها

آبکاری کروم؛ نیتروژن دهی پلاسمایی؛ تیتانیوم؛ رفتار سایشی؛ مکانیزم سایش

مراجع

[1]    T. Sahraoui, S. Guessasma & N. E. Fenineche, "Friction moment prediction of HVOF coatings and Electroplated Hard Chromium", vol. 62, pp. 473–477, 2008.

 

[2]    T. Sahraoui, S. Guessasma, N. E. Fenineche, G. Montavon & C. Coddet, "Friction and wear behaviour prediction of HVOF coatings and electroplated hard chromium using neural computation", vol. 58, pp. 654–660, 2004.

 

[3]    H. Maleki-ghaleh, M. Rekabeslami, M. S. Shakeri & M. H. Siadati, "Applied Surface Science Nano-structured yttria-stabilized zirconia coating by electrophoretic deposition", Appl. Surf. Sci, vol. 280, pp. 666–672, 2013.

 

[4]    R. Ahmadzadeh, N. Abdian, S. A. Naziri & A. T. Tabrizi, "Evaluating Corrosion Behavior of Ni Electroplating on Titanium Substrate", pp. 1–11.

 

[5]    C. Velotti, A. Astarita, C. Leone, S. Genna, F. M. C. Minutolo & A. Squillace, "Laser Marking of Titanium Coating for Aerospace Applications", Procedia CIRP, vol. 41, pp. 975–980, 2016.

[6]    E. Mohseni, E. Zalnezhad, A. R. Bushroa, Abdel Magid Hamouda, B. T. Goh & G. H. Yoon, "Ti/TiN/HA coating on Ti-6Al-4V for biomedical applications, " Ceram. Int, vol. 41, 2015.

 

[7]   ن. حسینی و ح. آقاجانی، "بررسی تأثیر پارامترهای مختلف بر سینتیک رسوب­دهی پوشش SiC اعمال شده به روش CVD بر روی کامپوزیت کربن-کربن"، فصلنامه علمی پژوهشی فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، سال 10، شماره 1، 1395.

 

[8]   ع. گلشنی و ح. آقاجانی، "رسوب­دهی الکتروفورتیک (EPD)  نانوذرات کاربید سیلیسیم (SiC) "، فصلنامه علمی پژوهشی فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، سال 10، شماره 3، 1395.

 

[9]    H. Aghajani, M. Torshizi & M. Soltanieh, "Short communication A new model for growth mechanism of nitride layers in plasma nitriding of AISI H11 hot work tool steel", Vaccum, vol. 141, pp. 97–102, 2017.

 

[10] M. Soltanieh, H. Aghajani, F. Mahboubi & K. A. Nekouee, "Surface characterization of multiple coated H11 hot work tool steel by plasma nitriding and hard chromium electroplating processes", VAC, vol. 86, no. 10, pp. 1470–1476, 2012.

 

[11]  A. Yazdani, M. Soltanieh, H. Aghajani & S. Rastegari, "A new method for deposition of nano sized titanium nitride on steels", Vaccum, vol. 86, no. 2, pp. 131–139, 2011.

 

[12] C. L. Chang, C. T. Ho, P. H. Chen, W. C. Chen, D. Y. Wang & W. Y. Wu, "Synergetic effect for improved deposition of titanium nitride films", Surface & Coatings Technology, 2018.

 

[13]  F. Zhang, M. Yan, J. He & F. Yin, "Microstructure evolution and wear resistance of nitride/aluminide coatings on the surface of the Ti-coated 2024 Al alloy during plasma nitriding", Ceramic International, 2017.

 

[14] M. P. Nascimento, R. C. Souza, I. M. Miguel, L. Walter, and H. J. C. Voorwald, “Effects of tungsten carbide thermal spray coating by HP r HVOF and hard chromium electroplating on AISI 4340 high strength steel,” 2001.

 

[15] E. Uhlmann & R. Jaczkowski, "Surface & Coatings Technology Mechanical pretreatment before electroplating of aluminium alloy AlSi12", Surf. Coat. Technol, vol. 352, no. August, pp. 483–488, 2018.

 

[16]  W. Deqing, S. Ziyuan & K. Tangshan, "Composite plating of hard chromium on aluminum substrate", vol. 191, pp. 324–329, 2005.

 

[17] O. Abdel, M. H. A. Tabl, Z. A. Hamid & S. F. Mostafa, "Electroplating of chromium and Cr-carbide coating for carbon fiber", vol. 201, pp. 1357–1362, 2006.

 

[18] L. I. Baosong, A. Lin & G. A. N. Fuxing, “Improvement of stability of trivalent chromium electroplating of Ti", vol. 2, pp. 645–649, 2006.

 

[19] C. Liu, N. Fiol, J. Poch & I. Villaescusa, "Journal of Water Process Engineering A new technology for the treatment of chromium electroplating wastewater based on biosorption", J. Water Process Eng., vol. 11, pp. 143–151, 2016.

 

[20] Sh. Hossein Saraf, M. Soltanieh & H. Aghajani, "Repairing the cracks network of hard chromium electroplated layers using plasma nitriding technique", Vaccum, vol. 127, pp. 1–9, 2016.

 

[21] G. M. Balamurugan, M. Duraiselvam & V. Anandakrishnan, "Comparison of high temperature wear behavior of plasma sprayed WC-Co coated and hard chromium plated AISI 304 austenitic Stainless steel", Materials and Design, vol. 35, pp. 640-646, 2012.

 

[22] A. S. Almoush, A. A. Rob, H. Edwan, K. Atrash & M. Igab, "Tribological poperties of hard chromium coated 1010 mild steel under different sliding distances", Solid State Sciences, vol. 13, pp. 529-533, 2011.

 

[23] S. Datta, M. Das, V. K. Balla, S. Bodhak & V. K. Murugsean, "Mechanical, wear, corrosion and biological properties of arc deposited titanium nitride caotings", Surface & Coatings Technology, 2018.