اختصار مطلب : تركيب سطح فولاد آلياژي پايين بعد از قرار گيري يون نيتروژن با روش طيف نمايي فوتوالكترون پرتوايكس (XPS) مورد بررسي و مطالعه قرار گرفت.

تأثير آن پيوند بر روي سختي مكانيكي از طريق ميزان سختي دندانه اي كه بيش از مقياس ميكرو بود مورد ارزيابي قرار گرفت. ويژگي شيميايي سطح نمايانگر شكل گيري لايه نازك غني از نيتروژن و كربن و سيليسيم بود. بر طبق مشاهدات ، آهن تأثیر كمي در تركيب شيمايي و ساختار سطح اصلاح شده ايفا نمود. در مقايسه با سختي نمونه اوليه كه معادل GPa 10 بود.

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

سختي مكانيكي سطح داراي پيوند يون نيتروژن GPa35 تا GPa50 بود.

تصور مي گردد كه سختي بيش از اندازه بالاي نظاره شده بر روي سطح و در سطح زيرين (لايه فرعي) نتيجه اصلاح و تغيير شيميايي جهت شكل گيري لايه اصلاح شده از نيتريد كربن محتوي عنصر تقويتي سيليسيم بود. شواهد حاصل از شيوه طيف نمايي فوتوالكتروني پرتوايكس (XPS) و فرورفتگي نانو نشان مي دهند كه اتصالات و پيوندهاي C-N در سطحي نزديك به احتمال فراوان از انواع SP3 مي باشد كه در يك تركيبي مشابه در ساختار متبلور Bc3N4 قابل انتظار مي باشد.

  1- مقدمه

نيتروژن دهي و كربن دهي به خوبي در فرآيندهاي صنعتي به مقصود ايجاد سختي براي سطوح فولادي بهره گیری مي شوند. فرآيندهاي نيتروژن دهي و كربن دهي، به ويژه ايجاد سختي براي سطوح فولادي بهره گیری مي شوند. فرايندهاي نيتروژن دهي و كربن دهي، به ويژه در كاربردهاي صنعتي نيازمند مقاومت در برابر فرآيند سايش بهره گیری مي شوند.

درچنين مواردي ، سختي از طريق شكل گيري كربيدها يا نيتريدهاي نيمه پايدار و يا ساختار مارتنزيتي بر روي سطح فولاد، به وجود مي آيد.

حداكثر سختي چنين تغييرات سطحي معمولاً كمتر از GPa15 مي باشد.

گسترش زمينه هاي تحقيقاتي به ويژه از طريق تكنولوژيهاي جديدتر تغيير سطح و رسوب لايه هاي نازك شامل توسعه سطوح سخت تر مي گردد. جهت اصلاح ويژگي هاي مقاومت سايشي موادي كه به گونه معمول بهره گیری مي شوند سختي و مدول هاي بالاتري نياز مي باشد.

ايجاد اصلاح و تغيير بيشتر در سطح نيازمند كاربرد ديگر مواد ضروري مانند زنگ زدگي و مقاومت فرسودگي مي باشد. فرآيندها ، هم اكنون جهت رسوب لايه هاي با سختي بسيار بالا بر روي لايه هاي زيرين نسبتاً گزم موجود مي باشند.

اين موارد شامل تكنيكهاي پوششي لايه الماس و شماري از فرآيندهاي جديد مي گردد.

اين فرايندهاي جديد به مقصود رسوب گذاري گرم يا سرد لايه هاي شبه الماس توسعه مي يابند.

اگرچه رسوب مستقيم لايه بر طبق نتايج مورد نظر مي باشد با اين حال در شماري از فرآيندها حدود ومرز فيزيكي و طبيعي كه همچنان بين لايه پوششي سخت و لايه زيرين هست.

به عنوان يك چالش تكنيكي باقي مي ماند و مانع بهره گیری از چنين فرآيندهايي و كاربرد آنها در زمينه مقاومت سايش مي گردد. پيوند و قرار گرفتن يون تواناييهايي در زمينه توليد تركيبات جديد و ساختارهايي دارد كه از طريق وسايل معمولي قابل دسترسي نمي باشند.

از آنجايي كه اين فرآيند، فرآيندي نامتعادل مي باشد ، امكان اين كه شكل گيري حالتهاي نيمه پايدار جديد باقي بماند، هست. در واقع ، اين فرآيند مسير مورد نظر جهت تركيب فاز پيش بيني شده ساختار متبلور Bc3N4 را از لحاظ تئوري نشان مي دهد.

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

پيوند و قرارگيري يون گزينه اي جهت رشد لايه اي سخت و لايه اصلاح شده از لحاظ شيميايي می باشد. اين فرآيند (قرارگيري يون) انتقال تدريجي از لايه اي بسيار سخت را به سمت لايه زيرين بزرگ و نسبتاً نرم فراهم مي كند. اين اقدام از لحاظ شيميايي به وسيله لايه اي اصلاح شده با سختي متوسط صورت مي گيرد.

محققان بسياري، تغييرات لايه هاي زيرين آهني را با قراردادن يونهاي داراي انرژي بالا و پايين مورد بررسي قرار داده اند. شواهد فراواني وجود دارند كه نشان مي دهند پيوند يون (به خصوص يونهاي نيتروژن و بور) سختي سطح را افزايش مي دهد كه در اصل سختي سطح افزايش يافته و مقاومت در برابر فرآيند سايش نيز بيشتر مي گردد.

با اين وجود، موارد زيادي درمورد تركيبات شيميايي كه از طريق فرايند املاح يوني تشكيل شده اند و نيز تأثيرات تركيب اساسي و شرايط پيوند بر روي ويژگي هاي مكانيكي و شيميايي لايه اصلاح شده يوني وجود دارند كه لازم می باشد مورد توجه قرار گيرند. بيشترين درك از اين مفاهيم موجود اصلاحات در سختي سطح و ويژگي هاي سايش شناسي پيوند يون نيتروژن را پيشنهاد مي كند.

اين خصوصيات سايشي پيوند يون نيتروژن ناشي از اثرات ايجاد محلولي جامد يا شكل گيري نيتريدهاي آهن نيمه پايدار به شكل فرمولي FexNy می باشد. در اين فرمول، ساختار Fe16N2 به طرز وسيعي به عنوان گونه هاي عمده و برتر مورد قبول قرار گرفته می باشد. بر طبق شواهد جديد، تغيير و اصلاح از طريق پيوند يون مي تواند باعث ايجاد تركيبي در سطح گردد كه اين تركيب لايه اي را به وجود مي آورد كه در ان گونه هاي آهن دار تأثیر كمي ايفا مي كنند و حضور Si (سيليسيم) در لايه زيرين فولادي به نظر مي رسد كه رشد نتيريد كربن را به عنوان تقويت كننده افزايش مي دهد.

ما از مشاهداتي تركيبي ناشي از تجربيات فرورفتگي نانو و شيوه طيف نمايي فوتوالكتروني پرتو ايكس بهره گیری كرده ايم تا اصلاح سطحي را كه ناشي از قرار گرفتن يون داراي انرژي متوسط از فولاد آلياژي پايين می باشد مورد تغيير قرار دهيم. به گونه معمول سختي چنين سطحي با بهره گیری از فرآيند نيتروژن دهي قابل تشديد می باشد.

2- مرحله آزمايش

قرار گيري و پيوند يون نيتروژن، بر روي يك ترزيق كننده يوني 50 Ke V هدايت گردید. اين ترزيق كننده عبارت می باشد از : يك منبع يوني آزاد، يك تميز كننده الكترونيكي، يك شاب دهنده داراي ولتاژ بالا، يك آهن رباي انتخاب بزرگ و اتاقكي با فضاي خلأ بسيار بالا.

شكل شماره (1) طرحي شماتيك از اين ترزيق كننده يوني را نشان مي دهد.

شكل (1) طرحي شماتيك از ترزيق كننده يوني KV50

براي پيوند و قرارگيري يون، آن اتاقك در آغاز از لحاظ فشار تا Torr7-10 تخليه مي گردد و با نيتروژن داراي خلوص بالا با فشاري معادل Torr 5-10 مجدداً پرمي گردد.

كه اين امر در جهت توليد يونهاي نيتروژن صورت مي گيرد.

انواع يونهاي نيتروژن به صورت انبوه به كمك آهن رباهاي الكتريكي انتخاب مي شوند. اين آهنرباهاي الكتريكي به كمك يك منبع قدرت خارجي كنترل مي شوند.

در اين آزمايش ولتاژهاي شتاب از KeV20 تا KeV30 بودند. آهن رباهاي تنقيلمي كمكي مورد بهره گیری قرار گرفتند تا عبور باريكه يون از ميان روزنه اي در يك صفحه گرافيتي بر روي ظرف فاراده را تنظيم كنند. وقتي تنظيم تكميل مي گردد نمونه آزمايش جايگزين صفحه گرافيتي باريكه از لحلاظ كامپيوتري مورد بررسي دقيق و اكسن در موقعيت 50 هرتز عمودي قرار مي گيرد و آن نمونه آزمايش به گونه مكانيكي ، توسط موتور تنظيم شده كامپيوتر بيروني در حركت افقي نوساني در عرض آن باريكه يوني حركت مي كند. اين امر امكان تأثير متقابل باريكه يكنواخت را با نمونه آزمايش فراهم مي كند. جريان باريكه يوني در طول قرارگيري يون، جهت تعيين و ارزيابي مجموع بارالكتريكي يون نيتروژن تنظيم و كنترل مي گردد. جاي گيري يون متفاوت از 1 تا 103mc×2 بود و حد متوسط ناحيه اي كه در آن يون قرار گرفت بيش از ناحيه 4mc2×4 بود. محدوده ناحيه اي كه يون در آن قرار داشت 4 تا 1017cm2×8 می باشد.

بررسي هاي سطح در روش هاي تركيبي طيف نمايي فوتوالكتروني پرتو ايكس و طيف نمايي الكتروني اوژه با به كارگيري طبق سنج داراي نشانگر PH انجام گردید. در اين بررسي ها از تابش منيزيم با بيش از يك طول موج و بهره گیری گردید كه شامل آناليز و آينه اي به شكل استوانه مي گردد.

بررسي هاي كلي و دقيق در انرژي عبوري ev50 انجام شدند و بررسي هاي عنصري با تفكيك پذيري بالاتر در انرژي عبوري ev25 انجام گرفتند. سختي سطح توسط VMIS 2000 بررسي گردید.

VMIS 2000 ميله مدرجي در مقياس ميكرو و داراي عملكرد ماكنيكي می باشد كه توانايي كسب اطلاعات عميق و جامع را با نيرو دارد و نيز قادر به كسب ميزان تفكيك پذيريماي عميق در مقياس نانومتر مي باشد. نيروي گرفته شده توسط VMIS 2000 در طول 20 مرحله متفاوت از مقدار تماس Mn1/0 تا حداكثر mN5 بود.

اطلاعات حاصل از مقادير نيرو و عمق توسط آن وسيله نرم افزاري مورد بررسي قرار گرفتند و حداكثر سختي به عنوان سختي در نظر گرفته گردید.

3- نتايج و بحث

تجربيات حامل از فرورفتگي نانو در جهت بررسي ويژگي هاي ميكرومكانيكي نمونه هاي يون قرار گرفته مورد بهره گیری قرار گرفتند. نمونه اي از سختي هاي مرتبط با سختي در مقياس نانو به عنوان تابعي از عمق فرورفتگي براي نمونه هاي فولاد اوليه و اصلاح شده در شكل 2 نشان داده شده می باشد. از لحاظ ويژگي ، مقادير سختي مطابق قابل پيش بيني و مورد انتظار مربوط به ماده توده اي به عنوان تداوم فرورفتگي ها مي باشد. سختي GPa10 براي لايه فولادي متناسب با سختي فرورفتگي (دندانه اي) چاپ گردیده براي فولادهاي آلياژزي می باشد. اين تناسب و همخواني وجود واحدهاي اندازه گيري ميكرومكانيكي ما را تأييد مي كند. ميزان سختي براي سطحي اصلاح شده يا براي محلي كه در آن لايه اي رسوب كرده می باشد. معمولاً از ميزاني كه متناسب با سختي لايه می باشد و قبل از تجزيه و تلاشي سختي توده اي لايه زيرين شروع مي گردد (به شكل 2 رجوع گردد). بالاي عمق فرورفتگي كه در حد ده ها نانومتر می باشد به ويژگي هاي لايه بستگي دارد.


دیدگاهتان را بنویسید