بنابراين ، ميزان سختي اوليه را مي توان به عنوان سختي لايه يا لايه اصلاح شده در نظر گرفت.

شكل (2) تفاوت سختي با در نظر داشتن عمق فرورفتگي در مورد نمونه هاي ثابت و تغيير كرده

شكل 2 سختي نمونه اي كه داراي پيوند يون نيتروژن می باشد را با سختي نمونه اي سخت تر و داراي سطح كربن دار مقايسه مي كند. شكل 2 نشان مي دهد كه نمونه اصلاح شده از طريق يون سختي معادل GPa50 داشت. مقادير سختي ثبت شده براي نمونه هاي داراي پيوند يون نيتروژن، تحت شرايط قرارگيري يون از 35 تا GPa50 در نوسان مي باشد. مقادير سختي و شرايط قرارگيري يون در جدول 1 ارائه شده اند.

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

مقادير جدول 1 در مقايسه با مقادير سختي معمولي سطح و نيز مقادير موجود قبلي براي يون قرار گفته در سطوح فولادي كه معمولاً كمتر از GPa15 هسند ، بالاتر مي باشند.

جدول (1): شرايط قرارگيري يون و مقادير ثبت شده سختي سطح

انرژي باريكه بون Ion beam energy             نمونه Sample

 ديگر لايه هايي كه توسط باريكه يوني مورد اصلاح و تغيير قرار گرفته اند تا سختي كمتر از GPa25 دارند و اخيراً تنها لايه هاي سخت تر (با سختي GPa35) در مورد لايه هاي DLC گزارش شده اند.

مقادير سختي گزارش شده در اينجا از چيزي كه در ديگر فرآيندهاي اصلاح سطح يا رسوب لايه نظاره شده می باشد، بالاتر هستند. سختي بالايي كه بر روي سطح فولاد مورد مطالعه نظاره كرديم، بايد به علت اصلاح و تغيير شيميايي سطح در نتيجه پيوند يون باشد.

بنابراين از تكنيك طيف نمايي فوتوالكتروني پرتوايكس در جهت بررسي تركيب شيميايي لايه اصلاح شده بهره گیری كرده ايم. به گونه خاص نمون سوم (برطبق جدول 1) را انتخاب كرده ايم. نمونه اي كه نشان دهنده بالاترين سختي براي ويژگي هاي روش طيف نمايي فوتوالكتروني پرتوايكس بود. شكل 3 بررسي كلي روش طيف نمايي فوتوالكتروني پرتوايكس با محدوده انرژي صفر تا Ev 1000 را براي نمونه سوم در شرايط قرارگيري و بعد از يك دقيقه حك كردن يون آرگون نشان مي دهد. به مقصود مقايسه، اطلاعات مربوط به نمونه اي كه يوني در آن قرار نگرفته می باشد نيز بر روي همان نمودار نشان داده شده می باشد.

شكل (3): بررسي كلي XPS عناصر

نظاره مي گردد كه خطوط آهن حتي بعد از يك دقيقه حك كردن يون آرگون براي آن نمونه داراي پيوند بسيار ضعيف هستند. به علاوه، همانطوري كه در شكل نشان داده شده می باشد، نمونه داراي پيوند يوني نمايانگر قله هاي Si و N نسبتاً قوي مي باشد.

اگرچه وجود خط نيتروژن به گونه آشكار مي تواند به علت تأثير فرآيند پيوند يون نيتروژن باشد، با اين حال نقطه اوج سيليسيم قوي و علائم آهن ضعيف در مقايسه با نمونه اي مثل آن چیز که دريافت شده می باشد حاكي از سطح آلياژي انبوه در مقياس ميكرو و نواحي سطح زيرين مي باشد.

آن علامت و نشانه ضعيف آهن به طرز خاصي تعجب برانگيز بود و تصميم ما تأثير اين علائم ضعيف با مطالعه جامع خطوط p2 آهن مي باشد.(شكل شماره 4)

شكل (4) طيفهاي Fe2P به عنوان تابعي از زمان حكاكي در مورد سطح فولادي داراي پيوند با يون نيتروژن         انرژي پيوند = Binding energy

تفاوت در آن طيف براي P2 Fe را به عنوان تابعي از عمق سطح نشان مي دهد.

همانطوري كه مي توان نظاره كرد تا حدود 4 دقيقه بعد از حكاكي ، خط P2 Fe قوي نمي گشت و همانطوري كه در يك نمونه تازه انتظار مي رود تنها بعد از حكاكي طولاني مدت خط P2 Fe به طرز مطلوبي مشخص گردید. اين مدرك تأييد مي كند كه آهن تأثیر كمي در ساختار شيميايي سطح ايفا مي كند. همچنين تأييد كننده اين می باشد كه تركيب آهن در محدوده اي بالاي عمق در حال افزايش مرتبط با تراكم انبوه، در چند ده نانومتر در نوسان می باشد. ما آن تفاوت را مورد بررسي قرار داده ايم و از لحاظ كميتي ، تركيبات را به عنوان تابعي از عمق مشخص كرده ايم. اين نتايج در جاي ديگر پديدار مي گردد. آن مدرك موجود قوياً مطرح مي كند كه سطحي كه لزوماً شامل كربن و سيليسيم و نتيروژن می باشد يا به عنوان لايه اي حمل از منابع آلوده كننده دچار رسوب و ته نشين مي گردد و يا اينكه در طول فرآيندهاي قرارگيري يون از ناحيه لايه زيرين و در پي واكنش شيميايي انتخابي ترجيحي بين يون نيتروژن و كربن و سيليسيم از ناحيه لايه زيرين فولادي رشدي مي كند. قرارگيري يون توسط بسياري از محققين مورد بررسي قرار گرفته می باشد و املاح و تغيير شيميايي اغلب به علت شكل گيري نيتريدهاي آهن با ساختار FexNy و يا نيتروژن در محلول جامد گزارش شده می باشد.

در تمامي اين موارد، مقادير سختي يا اندازه گيري نشده اند و يا اينكه اين مقادير گزارش شده به مراتب كمتر از مقادير سختي بوده اند كه در اين كار نظاره مي شوند. در كار ما به طرز واضحي آهن تأثیر كمي در سختي بسيار بالاي سطح ايفا مي كند. مدركي كه ما تاكنون نشان داده ايم تأييد كننده اين می باشد كه سطح لزوماً تركيبي از C و N و مقاديري سيليسيم (Si) و به احتمال فراوان لايه اي محتوي نيتريد كربن داراي عنصر تقويتي سيليسيم می باشد. وجود لايه نيتريد كربن در تأييد مقادير سختي بالايي می باشد كه يافت شده می باشد. به نحوي مشابه، سختي بالايي (اگرچه با مقدار حدوداً كمتر از GPa35) در لايه هاي شبه الماسي داراي عنصر تقويتي نيتروژن گزارش شده می باشد. در اين مورد لايه ها به صورت بي شكل و نامتبلور هستند. LiV و Cohen وجود ساختاري متبلور براي C3N4 را مشابه با ساختار متبلور با سختي تعيين شده قابل مقايسه با سختي الماس پيش بيني كرده بودند. اگرچه کوشش هاي زيادي در زمينه تركيب ساختار متبلور نيتريد كربن صورت رفته می باشد با اين حال بهترين کوشش ها در مورد متغيرهاي غير استئوكيومتري لايه هاي نيتريد كربن بوده می باشد اين متغيرها به مقصود وجود انواع SP3 در پيوندهاي قابل پيش بيني در ساختار متبلور C3N4 مورد مطالعه قرار گرفته اند. ما بيشتر ماهيت پيوندهاي كربن و نيتروژن را در لايه املاح شده مورد بررسي قرار داديم و آن را با مفاهيم درك شده فعلي از لايه هاي نيتريد كربن مقايسه نموديم. روش طيف نمايي فوتوالكتروني پرتوايكس در مورد C1S و N1S به ترتيب در شكل هاي 5 و 6 نشان داده شده اند. بهره گیری از C1S براي هر ويژگي معني داري دشوار می باشد كه علت ان تأثیر احتمالي ديگر منابع كربني می باشد. با اين وجود، ما انتظار داريم كه بعضي از ويژگي هاي اين خط نشانه هايي از ماهيت شيميايي كربن پيوندي با نيتروژن از ناحيه لايه اصلاح شده را ارائه كند.

نقاط اوج C1S در eV285 حداكثر نيمي از كل پهنا معادل eV4 حاكي از اين می باشد كه آن از بيش از يك منبع و به احتمال فراوان از دو منبع ناشي مي گردد.

با اين وجود، مركز نقطه اوج نزديك به eV285 متناسب بانوع SP3 پيوندهاي كربن می باشد كه اين دو نوع در ساختار مبتلور C3N4 پيش بيني شده می باشد.

نقطه اوج (قله) N1S (با در نظر داشتن شكل 6) به خصوص بيشتر جهت تعيين ويژگي لايه اصلاح شده مورد مطالعه قرار مي گيرد. قله هاي طيف N1S در eV5/398 با حداكثر نصف كل پهناي معادل eV2 مي باشد. مقدار حداكثر نصف كل پهنا ناچيز و نزديك به مقادير 7/1 تا 8/1 می باشد كه اين مقادير به گونه هاي نيتروژني اختصاص دارد.

شكل (5): طيف نمايي فوتوالكتروني پرتوايكس براي C1S از سطح فولادي داراي پيوند با يون نيتروژن             شدت = Intensity

شكل (6) N1S از سطح فولادي داراي پيوند با يون نيتروژن

شما می توانید مطالب مشابه این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید                     

ارزيابي اين مدرك حاكي از اين می باشد كه وجود نيتروژن، اکثراً ناشي از گونه نيتروژني واحدي در مقايسه با طيف بسيار گسترده نيتروژني می باشد كه اين طيف گسترده در چندين کوشش ديگر و در تركيب نيتريدهاي كربن ثبت شده می باشد. بهره گیری از طيف نمايي فوتوالكتروني پرتوايكس (XPS) براي تعيين موقعيت نيتروژن داراي اتصال SP3 درلايه هاي C-N نتايج بسيار متفاوتي به وجود آورده می باشد. و بنابراين تعيين انرژي پيوندي گل براي نيتروژن داراي اتصال SP3 در نيتريدهاي كربن امري دشوار می باشد.

چيزي كه به نظر آشكار مي رسد اين می باشد كه موقعيت قله يا آن نقطه اوج وابسته به تراكم نيتروژن و شرايط فرآيند دارد. با اين وجود ، نتيجه ي اي كه هم اكنون براي ما موجود می باشد و نشان دهنده نقطه اوج N1S در 5/398 مي باشد متناسب و سازگار با نيتروژن داراي پيوند SP3 مي باشد.

تأثیر سيليسيم (Si) در شكل گيري پيونداي SP3 در C-N به عنوان تأثیر عمده و اساسي مورد توجه قرار مي گيرد و در واقع تصور مي گردد كه سيليسيم قسمتي از تركيب شيميايي می باشد.

از آنجايي كه Si3N4 مشابه ساختار C3N4 می باشد بنابراين تصوير مي گردد كه اقدام تقويت كننده Si شكل گيري اتصال SP3 را كه در يك نيتريد تركيبي از نوع (C,Si)3 N+ انتظار مي رود تسريع مي كند. براي نمونه مشخص می باشد كه Si3N+ توسط قرارگيري يون نيتروژن در داخل لايه زيرين محتوي سيليسيم رشد كرده می باشد. همچنين انواع پيوند SP3 در اتصالات C-N بر روي لايه هاي رشد كرده در داخل لايه هاي زيرين سيليسيم گزارش شده اند.

بنابراين مي­توان گفت كه اتصالات و پيوندهاي SP3 در پيوندهاي (C,Si)-N مي تواند از طريق اقدام تقويت كننده Si (سيليسيم) افزايش يابد. اقدام تقويتي سيليسيم عامل تركيب شيمايي مختلفي بود كه مادر لايه فولادي داراي پيوند نيتروژن نظاره نموديم. بنابراين ، تركيب نشانه هاي حاصل از روش طيف نمايي فوتوالكتروني پرتوايكس و سختي داراي مقياس نانو تأييد مي كند كه سختي بسيار بالايي كه از سطح فولادي داراي پيوند يوني نظاره نموديم. نتيجه تغيير شيميايي سطح فولاد توسط فرآيند قرارگيري يون مي باشد. اصل سختي سطح به علت ساختار شيميايي كربن و نيتروژن می باشد كه پيدايش اين ساختار به علت وجود مقدار ناچيز Si مي باشد. سختي بسيار بالايي كه در نتيجه فرآيند ترزيق يون مي باشد كاربرد قابل توجهي در زمينه طراحي و آمادگي سطح در برابر فرآيند سايشي دارد.

4- نتايج

تركيب سطحي متشكل از فولاد آلياژي پايين كه تحت عمليات حرارتي قرار گفته می باشد از طريق پيوند با يون نيتروژن قابل تغيير و اصلاح مي باشد.

در نتيجه فرآيند يون، آن واكنش شيميايي باعث پيدايش و شكل گيري نيتريدهاي كربن و سيليسيم (Si) مي گردد. سختي سطح اصلاح شده 35 تا GPa50 بود كه ميزان اين سختي بستگي به شرايط جا گيري يون داشت و بالاتر از سختي لايه هاي شبه الماسي داراي عنصر تقويتي نيتروژن بود.


دیدگاهتان را بنویسید