بررسی تاثیر تیتانیم و کربن بر ریزساختار و خواص سایشی کامپوزیت Fe - TiC

عنوان پایان نامه: بررسی تاثیر تیتانیم و کربن بر ریزساختار و خواص سایشی کامپوزیت

فرمت فایل: word

تعداد صفحات: 85

شرح مختصر:

هدف اصلی در این پروژه بررسی تغییر درصد تیتانیم و کربن بر روی ریز ساختار و خواص سایشی مکانیکی کامپوزیت فروتیک( Fe/TiC ) است.

نتایج حاصله نشان داده است که با کنترل ترکیب شیمیایی، نوع عملیات حرارتی، اصلبح روش ساخت و سرعت انجمادی قطعه می توان ریز ساختار زمینه، نحوه توزیع ذرات سرامیکی (TiC) و میانگین اندازه ذرات ( TiC) و تعداد آنها در واحد سطح و شکل آنها و کسر حجمی آن و در نهایت چگالی کامپوزیت که منجر به خواص سایشی و مکانیکی متفاوت می گردد را کنترل نمود.

افزایش مقدار کربن و تیتانیم باعث افزایش مقدار کاربید تیتانیم، سختی، مقاومت به سایش و اندازه ذرات کاربیدی می شود در حالی که چگالی کامپوزیت کاهش می یابد

فهرست مطالب

فصل اول : مقدمه

مقدمه

فصل دوم : مروری بر منابع

1-2- عوامل مؤثر بر خواص کامپوزیتها

2-2- تقسیم بندی کامپوزیتها

3-2- تریبولوژی و تریبوسیستم

1-3-2- تعریف سایش و عوامل اثر گذار روی آن

2-3-2- انواع مکانیزم های سایش

1-2-3-2- سایش چسبان

2-2-3-2- سایش خراشان

3-2-3-2- سایش خستگی

4-2-3-2- سایش ورقه ای

5 -2-3-2- سایش اکسایش

3-3-2- پارامتر سایش

4-3-2- رابطه بین مقاومت به سایش و سختی

5 -3-2- منحنی سایش

4-2- کامپوزیت فروتیک

1-4-2- انواع کامپوزیت های فروتیک

1-1-4-2- کامپوزیت هایی که با کوئینچ سخت می شوند

 2-1-4-2- کامپوزیت هایی که با پیر سختی سخت می شوند

2-4-2- روشهای ساخت فروتیک

1-2-4-2- ساخت کامپوزیت به صورت غیر همزمان

الف) پراکنده کردن ذرات فاز دوم

ب) روش پاششی

ج) تزریق مذاب فلزی

2-2-4-2- ساخت فروتیک به صورت همزمان ( insitu)

الف) سنتز خود احتراقی (SHS)

ب) XD

ج) دمش گاز واکنش دهنده

د) اکسایش مستقیم فلز( DIMOX)

ه) primex

و) واکنش حین تزریق

ز) واکنش شیمیایی در داخل مذاب

ح) روش آلیاژسازی مکانیکی

ط) متالورژی پودر

ی) احیای کربوترمال

ک) احیای ترمیت

ل) روش سطحی

3-4-2- خواص کامپوزیت های فروتیک

1-3-4-2- سختی

2-3-4-2- استحکام

3-3-4-2- مدول الاستیکی

4-3-4-2- مقاومت به سایش

پارامترهای موثر روی سایش

 الف) کسر حجمی کاربید تیتانیم

ب) اندازه ذرات و شکل آنها

ج) نوع زمینه

د) کاربید های ریخته گری

 ه) عملیات حرارتی و سرعت سرد کردن زمینه

و) نیرو در دستگاه pin on Disk

ز) عیوب در قطعات

ح) اثر ذوب مجدد

5-3-4-2- ماشین کاری

6-3-4-2- عملیات حرارتی

7-3-4-2- جذب ارتعاش

8-3-4-2- دانسیته

9-3-4-2- فرسایش

فصل سوم : مطالعه موردی

1 -3- روش تحقیق

1-1-3 - مواد اولیه

2-1-3- عملیات ذوب و ریخته‌گری

3-1-3- آماده سازی نمونه‌ها

4-1-3- آنالیز نمونه‌ها

5-1-3- متالوگرافی

6-1-3- آزمایش سختی

7-1-3- تست سایش

2-3-بیان نتایج

1-2-3- ریزساختار نمونه‌های حاوی مقادیر مختلف کربن با تیتانیم ثابت

2-2-3- ریزساختار نمونه‌های حاوی مقادیر مختلف تیتانیم با کربن ثابت

3-2-3- تاثیر درصد کربن بر خواص نمونه‌ها

4-2-3-تاثیر درصد تیتانیم بر خواص نمونه‌ها

5-2-3- نتایج پراش اشعه ایکس

6-2-3- تأثیر درصد کربن بر خواص سایشی نمونه‌ها

7-2-3- تأثیر درصد تیتانیم بر خواص سایشی نمونه‌ها

 3-3- بحث نتایج

1-3-3- بررسی تشکیل فاز کاربید تیتانیم

2-3-3- مطالعه مسیر انجماد در کامپوزیت Fe-TiC

3-3-3- تأثیر درصد کربن بر ریزساختار کامپوزیت فروتیک

4-3-3- تأثیر درصد تیتانیم بر ریزساختار نمونه‌ها

5-3-3- تأثیر درصد کربن بر چگالی کامپوزیت Fe-TiC

6-3-3- تأثیر مقدار کربن بر سختی کامپوزیت Fe-TiC

7-3-3- تأثیر مقدار کربن بر خواص سایشی کامپوزیت Fe-TiC

8 -3-3- تأثیر مقدار تیتانیم بر چگالی نمونه‌ها

9-3-3- تأثیر مقدار تیتانیم بر سختی کامپوزیت Fe-TiC

10-3- 3-تاثیر مقدار تیتانیم بر خواص سایشی کامپوزیت

11-3-3- بررسی سطوح سایش

 فصل چهارم : نتیجه گیری و پیشنهادها

1-4 نتیجه گیری

2-4پیشنهادها

 منابع و مراجع

فهرست اشکال

 فصل اول :مقدمه

شکل (1-1) برخی کاربردهای فروتیک

فصل دوم : مروری بر منابع

شکل (1-2) دسته بندی کامپوزیتها

شکل (2-2) خراش در وضعیتهای مختلف

شکل (3-2) رابطه بین سختی و مقاومت به خراش

شکل (4-2) خواص کامپوزیت فروتیک

شکل (5-2) دسته بندی روشهای ساخت کامپوزیت فروتیک

شکل (6-2) نحوه توزیع ذرات TiC در روش SHS

شکل (7-2) افزایش دما در SHS

شکل (8-2) تغییرات دمایی احتراق بر حسب زمان در SHS

شکل (9-2) اثر دمای پیش گرم روی سرعت و گرمای واکنش در SHS

شکل (10-2) تغییرات دما بر حسب زمان به ازای مقادیر مختلف Al

شکل (11-2) اثر درصد Fe روی دمای احتراق در روش SHS

 شکل (12-2) شماتیک تولید فروتیک به روش دمش

 شکل( 13-2) پروفیل نفوذی Ti و C در روشInsitu

شکل (14-2) اثر درصد Ti روی اندازه TiC

شکل(15-2) شماتیک روش In mold و رسم تغییرات دمایی آن

شکل (16-2) آسیاب ماهواره ای

شکل (17-2) تاثیر عملیات حرارتی رو ی دما و سرعت واکنش SHS

شکل(18-2) شماتیکی از فرآیند و مراحل میانی و تکمیلی آن

شکل(19-2) مقایسه کاهش سختی بر اثر دما در سه ماده مختلف

شکل(20-2) تصویر میکروسکوپ نوری مقطع اچ نشده دو نمونه

شکل (21-2) تصویر میکروسکوپ نوری دو نمونه دیگر

شکل(22-2) تغییرات اندازه متوسط و تعداد ذرات TiC بر اثر سرعت سرد کردن

فصل سوم : مطالعه موردی

شکل (1-3) مراحل عملی تهیه نمونه‌ها و انجام آزمایشها

شکل (2-3) تصویر شماتیک نمونه‌های ریخته‌گری شده

شکل (3-3) تصویر شماتیک از دستگاه سایش پین و دیسک

شکل (4-3) تصاویر میکروسکوپ نوری از نمونه‌ها در حالت اچ نشده (تیتانیم ثابت)

شکل (5-3) تصاویر میکروسکوپ نوری از نمونه‌ها در حالت اچ شده (تیتانیم ثابت)

شکل (6-3) تصاویر میکروسکوپ نوری از نمونه‌ها در حالت اچ نشده (کربن ثابت)

شکل (7-3) تصاویر میکروسکوپ نوری از نمونه‌ها در حالت اچ شده (کربن ثابت)

شکل (8-3) الگوی پراش اشعه ایکس در نمونه‌های با کربن مختلف

شکل (9-3) الگوی پراش اشعه ایکس در نمونه‌های با مقادیر مختلف تیتانیم

شکل (10-3) تصویر میکروسکوپ الکترونی از ریزساختار نمونه C 5/3-Ti 10-Fe

شکل (11-3) الگوی پراش اشعه ایکس از نمونه C 5/3-Ti 10-Fe

شکل (12-3) تصویر میکروسکوپ نوری از نمونه C 5/3-Ti 10-Fe در حالت اچ شده

شکل (13-3) گوشه‌ غنی از آهن دیاگرام سه‌تایی Fe-Ti-C

شکل (14-3) تصویر میکروسکوپ الکترونی از نمونه C 5/3-Ti 10-Fe در حالت اچ نشده

شکل (15-3) ریزساختار نمونه‌ها در حالت اچ شده (تیتانیم ثابت)

شکل (16-3) تغییرات میانگین اندازه ذرات با مقادیر مختلف کربن

شکل (17-3) تأثیر درصد وزنی کربن بر روی چگالی ذرات در واحد سطح

شکل (18-3) تأثیر درصد وزنی کربن بر روی درصد کسر حجمی کاربید تیتانیم

شکل (19-3) تصویر میکروسکوپ الکترونی از نمونه C 5/2-Ti 4-Fe

شکل (20-3) ریزساختار نمونه‌ها در حالت اچ شده (کربن ثابت)

شکل (21-3) تغییرات میانگین اندازه ذرات در اثر تغییر درصد وزنی تیتانیم

شکل (22-3) تأثیر درصد وزنی تیتانیم بر روی چگالی ذرات در واحد سطح

شکل (23-3) تأثیر درصد تیتانیم بر روی درصد کسر حجمی کاربید رسوب کرده

شکل (24-3) تأثیر درصد وزنی کربن بر روی چگالی کامپوزیت فروتیک

شکل (25-3) تأثیر مقدار کربن بر سختی کامپوزیت (تیتانیم ثابت)

شکل (26-3) نمودار تغییرات کاهش وزن بر حسب مسافت لغزش (تیتانیم ثابت )

شکل (27-3) تأثیر مقدار تیتانیم بر چگالی کامپوزیت

 شکل (28-3) تأثیر مقدار تیتانیم بر سختی کامپوزیت

شکل (29-3) تغییرات کاهش وزن نمونه‌ها بر حسب مسافت لغزش (کربن ثابت)

شکل (30-3) تأثیر سختی به کاهش وزن کامپوزیت

شکل (31-3) تأثیر درصد حجمی کاربید تیتانیم به کاهش وزن کامپوزیت

شکل (32-3) تغییرات کاهش وزن دیسک بر حسب مسافت لغزش

شکل (33-3) تصویر میکروسکوپ الکترونی از سطح سایش نمونه C 5/3-Ti 10-Fe

شکل (34-3) تصویر میکروسکوپ الکترونی از سطح مقطع عمود بر سطح سایش

شکل (35-3) تصویر میکروسکوپ الکترونی از سطح سایش نمونه C 5/3-Ti 10-Fe

شکل (36-3) عیوب زیر سطحی در نمونه C 5/3-Ti 10-Fe پس از سایش

فهرست جداول

جدول (1-1) برخی کامپوزیتهای زمینه فلزی با استحکام دهنده غیر فلزی

جدول (2-1) ترکیب خواص کامپوزیت فروتیک در مقایسه با فولاد و WC-Co

جدول(1-2) فرآیندهای سنتز تقویت کننده به روش درجا

جدول(2-2) تقسیم بندی واکنشهای SHS برای سیستمهای دوجزیی

جدول(3-2) مقایسه مقاومت سایشی فروتیک با چدن سفید

جدول(1-3) ترکیب شیمیایی مواد اولیه مصرف شده

جدول (2-3) ترکیب شیمیایی نمونه‌های ریخته‌گری شده

جدول (3-3) تأثیر درصد کربن بر خواص نمونه‌ها

جدول (4-3) تأثیر درصد تیتانیم بر خواص کامپوزیت

جدول (5-3) تأثیر درصد کربن بر خواص سایشی نمونه‌ها و دیسک فولادی

جدول (6-3) تأثیر درصد تیتانیم بر خواص سایشی نمونه‌ها و دیسک فولادی

بررسی تاثیر تیتانیم و کربن بر ریزساختار و خواص سایشی کامپوزیت Fe - TiC

چکیده :

هدف اصلی در این پروژه بررسی تغییر درصد تیتانیم و کربن بر روی ریز ساختار و خواص سایشی مکانیکی کامپوزیت فروتیک( Fe/TiC ) است.

نتایج حاصله نشان داده است که با کنترل ترکیب شیمیایی، نوع عملیات حرارتی، اصلبح روش ساخت و سرعت انجمادی قطعه می توان ریز ساختار زمینه، نحوه توزیع ذرات سرامیکی (TiC) و میانگین اندازه ذرات ( TiC) و تعداد آنها در واحد سطح و شکل آنها و کسر حجمی آن و در نهایت چگالی کامپوزیت که منجر به خواص سایشی و مکانیکی متفاوت می گردد را کنترل نمود.

افزایش مقدار کربن و تیتانیم باعث افزایش مقدار کاربید تیتانیم، سختی، مقاومت به سایش و اندازه ذرات کاربیدی می شود در حالی که چگالی کامپوزیت کاهش می یابد.

تعداد صفحات 95 word

فهرست مطالب

«عنوان» « صفحه»

فصل اول : مقدمه

مقدمه 1

فصل دوم : مروری بر منابع

1-2- عوامل مؤثر بر خواص کامپوزیتها 6

2-2- تقسیم بندی کامپوزیتها 7

3-2- تریبولوژی و تریبوسیستم 9

1-3-2- تعریف سایش و عوامل اثر گذار روی آن 10

2-3-2- انواع مکانیزم های سایش 10

1-2-3-2- سایش چسبان 10

2-2-3-2- سایش خراشان 11

3-2-3-2- سایش خستگی 12

4-2-3-2- سایش ورقه ای 12

5 -2-3-2- سایش اکسایش 12

3-3-2- پارامتر سایش 13

4-3-2- رابطه بین مقاومت به سایش و سختی 13

5 -3-2- منحنی سایش 14

4-2- کامپوزیت فروتیک 14

1-4-2- انواع کامپوزیت های فروتیک 15

1-1-4-2- کامپوزیت هایی که با کوئینچ سخت می شوند 15

2-1-4-2- کامپوزیت هایی که با پیر سختی سخت می شوند 16

2-4-2- روشهای ساخت فروتیک 17

1-2-4-2- ساخت کامپوزیت به صورت غیر همزمان 18

الف) پراکنده کردن ذرات فاز دوم 18

ب) روش پاششی 19

ج) تزریق مذاب فلزی 19

2-2-4-2- ساخت فروتیک به صورت همزمان ( insitu) 20

الف) سنتز خود احتراقی (SHS) 20

ب) XD 26

ج) دمش گاز واکنش دهنده 26

د) اکسایش مستقیم فلز( DIMOX) 27

ه) primex 28

و) واکنش حین تزریق 28

ز) واکنش شیمیایی در داخل مذاب 28

ح) روش آلیاژسازی مکانیکی 31

ط) متالورژی پودر 34

ی) احیای کربوترمال 35

ک) احیای ترمیت 35

ل) روش سطحی 35

3-4-2- خواص کامپوزیت های فروتیک 36

1-3-4-2- سختی 36

2-3-4-2- استحکام 37

3-3-4-2- مدول الاستیکی 37

4-3-4-2- مقاومت به سایش 37

پارامترهای موثر روی سایش 38

الف) کسر حجمی کاربید تیتانیم 38

ب) اندازه ذرات و شکل آنها 38

ج) نوع زمینه 39

د) کاربید های ریخته گری 40

ه) عملیات حرارتی و سرعت سرد کردن زمینه 40

و) نیرو در دستگاه pin on Disk 40

ز) عیوب در قطعات 41

ح) اثر ذوب مجدد 41

5-3-4-2- ماشین کاری 41

6-3-4-2- عملیات حرارتی 41

7-3-4-2- جذب ارتعاش 41

8-3-4-2- دانسیته 42

9-3-4-2- فرسایش 42

فصل سوم : مطالعه موردی

1 -3- روش تحقیق 43

1-1-3 - مواد اولیه 44

2-1-3- عملیات ذوب و ریخته‌گری 45

3-1-3- آماده سازی نمونه‌ها 45

4-1-3- آنالیز نمونه‌ها 46

5-1-3- متالوگرافی 47

6-1-3- آزمایش سختی 47

7-1-3- تست سایش 48

2-3-بیان نتایج

1-2-3- ریزساختار نمونه‌های حاوی مقادیر مختلف کربن با تیتانیم ثابت 49

2-2-3- ریزساختار نمونه‌های حاوی مقادیر مختلف تیتانیم با کربن ثابت 52

3-2-3- تاثیر درصد کربن بر خواص نمونه‌ها 55

4-2-3- تاثیر درصد تیتانیم بر خواص نمونه‌ها 55

5-2-3- نتایج پراش اشعه ایکس 56

6-2-3- تأثیر درصد کربن بر خواص سایشی نمونه‌ها 59

7-2-3- تأثیر درصد تیتانیم بر خواص سایشی نمونه‌ها 60

3-3- بحث نتایج

1-3-3- بررسی تشکیل فاز کاربید تیتانیم 61

2-3-3- مطالعه مسیر انجماد در کامپوزیت Fe-TiC 65

3-3-3- تأثیر درصد کربن بر ریزساختار کامپوزیت فروتیک 66

4-3-3- تأثیر درصد تیتانیم بر ریزساختار نمونه‌ها 73

5-3-3- تأثیر درصد کربن بر چگالی کامپوزیت Fe-TiC 78

6-3-3- تأثیر مقدار کربن بر سختی کامپوزیت Fe-TiC 78

7-3-3- تأثیر مقدار کربن بر خواص سایشی کامپوزیت Fe-TiC 79

8 -3-3- تأثیر مقدار تیتانیم بر چگالی نمونه‌ها 80

9-3-3- تأثیر مقدار تیتانیم بر سختی کامپوزیت Fe-TiC 81

10-3- 3-تاثیر مقدار تیتانیم بر خواص سایشی کامپوزیت 82

11-3-3- بررسی سطوح سایش 86

فصل چهارم : نتیجه گیری و پیشنهادها

1-4 نتیجه گیری 92

2-4پیشنهادها 94

منابع و مراجع 95

فهرست اشکال

« شماره شکل» « صفحه»

فصل اول :مقدمه

شکل (1-1) برخی کاربردهای فروتیک 4

فصل دوم : مروری بر منابع

شکل (1-2) دسته بندی کامپوزیتها 8

شکل (2-2) خراش در وضعیتهای مختلف 11

شکل (3-2) رابطه بین سختی و مقاومت به خراش 13

شکل (4-2) خواص کامپوزیت فروتیک 15

شکل (5-2) دسته بندی روشهای ساخت کامپوزیت فروتیک 17

شکل (6-2) نحوه توزیع ذرات TiC در روش SHS 21

شکل (7-2) افزایش دما در SHS 21

شکل (8-2) تغییرات دمایی احتراق بر حسب زمان در SHS 22

شکل (9-2) اثر دمای پیش گرم روی سرعت و گرمای واکنش در SHS24

شکل (10-2) تغییرات دما بر حسب زمان به ازای مقادیر مختلف Al 25

شکل (11-2) اثر درصد Fe روی دمای احتراق در روش SHS 25

شکل (12-2) شماتیک تولید فروتیک به روش دمش 27

شکل( 13-2) پروفیل نفوذی Ti و C در روش Insitu 29

شکل (14-2) اثر درصد Ti روی اندازه TiC 30

شکل(15-2) شماتیک روش In mold و رسم تغییرات دمایی آن 31

شکل (16-2) آسیاب ماهواره ای 32

شکل (17-2) تاثیر عملیات حرارتی رو ی دما و سرعت واکنش SHS 33

شکل(18-2) شماتیکی از فرآیند و مراحل میانی و تکمیلی آن 34

شکل(19-2) مقایسه کاهش سختی بر اثر دما در سه ماده مختلف 36

شکل(20-2) تصویر میکروسکوپ نوری مقطع اچ نشده دو نمونه 38

شکل (21-2) تصویر میکروسکوپ نوری دو نمونه دیگر 39

شکل(22-2) تغییرات اندازه متوسط و تعداد ذرات TiC بر اثر سرعت سرد کردن 40

فصل سوم : مطالعه موردی

شکل (1-3) مراحل عملی تهیه نمونه‌ها و انجام آزمایشها 44

شکل (2-3) تصویر شماتیک نمونه‌های ریخته‌گری شده 46

شکل (3-3) تصویر شماتیک از دستگاه سایش پین و دیسک 48

شکل (4-3) تصاویر میکروسکوپ نوری از نمونه‌ها در حالت اچ نشده (تیتانیم ثابت) 50

شکل (5-3) تصاویر میکروسکوپ نوری از نمونه‌ها در حالت اچ شده (تیتانیم ثابت) 51

شکل (6-3) تصاویر میکروسکوپ نوری از نمونه‌ها در حالت اچ نشده (کربن ثابت) 53

شکل (7-3) تصاویر میکروسکوپ نوری از نمونه‌ها در حالت اچ شده (کربن ثابت) 54

شکل (8-3) الگوی پراش اشعه ایکس در نمونه‌های با کربن مختلف 57

شکل (9-3) الگوی پراش اشعه ایکس در نمونه‌های با مقادیر مختلف تیتانیم 58

شکل (10-3) تصویر میکروسکوپ الکترونی از ریزساختار نمونه C 5/3-Ti 10-Fe 62

شکل (11-3) الگوی پراش اشعه ایکس از نمونه C 5/3-Ti 10-Fe 63

شکل (12-3) تصویر میکروسکوپ نوری از نمونه C 5/3-Ti 10-Fe در حالت اچ شده 63

شکل (13-3) گوشه‌ غنی از آهن دیاگرام سه‌تایی Fe-Ti-C 66

شکل (14-3) تصویر میکروسکوپ الکترونی از نمونه C 5/3-Ti 10-Fe در حالت اچ نشده 68

شکل (15-3) ریزساختار نمونه‌ها در حالت اچ شده (تیتانیم ثابت) 69

شکل (16-3) تغییرات میانگین اندازه ذرات با مقادیر مختلف کربن 70

شکل (17-3) تأثیر درصد وزنی کربن بر روی چگالی ذرات در واحد سطح 71

شکل (18-3) تأثیر درصد وزنی کربن بر روی درصد کسر حجمی کاربید تیتانیم 72

شکل (19-3) تصویر میکروسکوپ الکترونی از نمونه C 5/2-Ti 4-Fe 74

شکل (20-3) ریزساختار نمونه‌ها در حالت اچ شده (کربن ثابت) 75

شکل (21-3) تغییرات میانگین اندازه ذرات در اثر تغییر درصد وزنی تیتانیم 76

شکل (22-3) تأثیر درصد وزنی تیتانیم بر روی چگالی ذرات در واحد سطح 77

شکل (23-3) تأثیر درصد تیتانیم بر روی درصد کسر حجمی کاربید رسوب کرده 77

شکل (24-3) تأثیر درصد وزنی کربن بر روی چگالی کامپوزیت فروتیک 78

شکل (25-3) تأثیر مقدار کربن بر سختی کامپوزیت (تیتانیم ثابت) 79

شکل (26-3) نمودار تغییرات کاهش وزن بر حسب مسافت لغزش (تیتانیم ثابت ) 80

شکل (27-3) تأثیر مقدار تیتانیم بر چگالی کامپوزیت 81

شکل (28-3) تأثیر مقدار تیتانیم بر سختی کامپوزیت 82

شکل (29-3) تغییرات کاهش وزن نمونه‌ها بر حسب مسافت لغزش (کربن ثابت) 83

شکل (30-3) تأثیر سختی به کاهش وزن کامپوزیت 85

شکل (31-3) تأثیر درصد حجمی کاربید تیتانیم به کاهش وزن کامپوزیت 85

شکل (32-3) تغییرات کاهش وزن دیسک بر حسب مسافت لغزش 86

شکل (33-3) تصویر میکروسکوپ الکترونی از سطح سایش نمونه C 5/3-Ti 10-Fe 88

شکل (34-3) تصویر میکروسکوپ الکترونی از سطح مقطع عمود بر سطح سایش 88

شکل (35-3) تصویر میکروسکوپ الکترونی از سطح سایش نمونه C 5/3-Ti 10-Fe 89

شکل (36-3) عیوب زیر سطحی در نمونه C 5/3-Ti 10-Fe پس از سایش 90

فهرست جداول

«شماره جدول» « صفحه»

جدول (1-1) برخی کامپوزیتهای زمینه فلزی با استحکام دهنده غیر فلزی 2

جدول (2-1) ترکیب خواص کامپوزیت فروتیک در مقایسه با فولاد و WC-Co 4

جدول(1-2) فرآیندهای سنتز تقویت کننده به روش درجا 9

جدول(2-2) تقسیم بندی واکنشهای SHS برای سیستمهای دوجزیی 23

جدول(3-2) مقایسه مقاومت سایشی فروتیک با چدن سفید 37

جدول(1-3) ترکیب شیمیایی مواد اولیه مصرف شده 45

جدول (2-3) ترکیب شیمیایی نمونه‌های ریخته‌گری شده 46

جدول (3-3) تأثیر درصد کربن بر خواص نمونه‌ها 55

جدول (4-3) تأثیر درصد تیتانیم بر خواص کامپوزیت 56

جدول (5-3) تأثیر درصد کربن بر خواص سایشی نمونه‌ها و دیسک فولادی 59

جدول (6-3) تأثیر درصد تیتانیم بر خواص سایشی نمونه‌ها و دیسک فولادی 60

اعمال پوشش نانوکامپوزیتی کرم-کاربید تنگستن بر روی فولاد کربنی و بررسی خواص سایشی آن

عنوان تحقیق: اعمال پوشش نانوکامپوزیتی کرم-کاربید تنگستن بر روی فولاد کربنی و بررسی خواص سایشی آن

فرمت فایل: word

تعداد صفحات: 109

شرح مختصر:

آبکاری الکتریکی یکی از روش های مناسب جهت همرسوبی ذرات ریز فلزی، غیر فلزی و پلیمری در زمینه فلزی است.در این تحقیق پوشش نانوکامپوزیتی کرم-کاربیدتنگستن با استفاده از جریان پالسی مربعی روی فولاد کربنی ایجاد شد. تاثیر پارامترهای آبکاری مانند غلظت سورفکتانت SDS و افزودنی ساخارین به عنوان ریزکننده، دانسیته جریان، سیکل کاری و فرکانس بر روی سختی، درصد وزنی ذرات و نحوه توزیع آن ها در پوششبررسی شد. در این تحقیق سعی شد عواملی همچون نوع حمام، دما، pH و میزان تلاطم ثابت در نظر گرفته شوند. به علاوه، تاثیر پارامترهای آبکاری بر رفتار سایشی پوشش مورد بررسی قرار گرفت. جهت بررسی مورفولوژی سطح پوشش و توزیع ذرات و درصد وزنی آن ها در پوشش از میکروسکوپ الکترونی روبشی مجهز به آنالیزور EDS و جهت بررسی خواص پوشش از آزمون های سختی و سایشاستفاده شد. نتایج نشان داد که افزایش غلظت ساخارین به حمام، به کاهش درصد وزنی ذرات و افزایش غلظت SDS تا 1 گرم بر لیتر به افزایش درصد وزنی ذرات و کاهش قطر ذرات و توزیع بهتر آن ها در پوشش منجر می شود. همچنین با افزایش دانسیته جریان تا 15 آمپر بر دسیمتر مربع به افزایش حضور ذرات در پوشش و افزایش سختی پوشش منجر می شود. با افزایش سیکل کاری حضور ذرات در پوشش کم می شود. افزایش فرکانس از 1 تا 1000 هرتز باعث افزایش حضور ذرات در پوشش می شود. همچنین حضور بیشتر و توزیع یکنواخت تر ذرات در پوشش منجر به افزایش سختی و (در پوششهای بدون ترک) بهبود مقاومت سایشی پوشش می گردند.

فهرست مطالب

چکیده	1
مقدمه	2
فصل اول : کلیات کلیات	3 4
فصل دوم : مروری بر منابع	5
2-1- مقدمه	6
2-2- آبکاری الکتریکی	6
2-2-1- مزایا و معایب آبکاری الکتریکی	7
2-3- آبکاری پوششهای کامپوزیتی	8
2-3-1- مزایا و معایب آبکاری کامپوزیتی	9
2-4- پوشش های نانوکامپوزیتی	10
2-4-1- روش تولید پوششهای نانوکامپوزیتی	10
2-4-2- کاربرد پوششهای نانوکامپوزیتی	11
2-5- مکانیزم رسوب الکتریکی	12
2-5-1- رسوبگذاری کرم سه ظرفیتی	13
2-5-2- کمپلکس سازهای کرم	14
2-6- آبکاری کرم سه ظرفیتی	15
2-6-1- ترکیب حمام کرم سه ظرفیتی	15
2-6-2- ویژگی های ترکیب حمام آبکاری	16
2-6-3- مشکلات آبکاری کرم سه ظرفیتی	16
2-7- مکانیزمهای همرسوبی الکتروشیمیایی	17
2-7-1- مدل کلاسیک گاگلیمی	18
2-7-2- مدل Celies	21
2- 8- پایداری پراکندگی سیستمهای کلوئیدی	22
2-8-1- توزیع فیزیکی نانو ذرات با عملیات اولتراسونیک	23
2-8-2- روش های شیمیایی پراکندگی سیستمهای کلوئیدی	23
2-9- تاثیر نوع جریان آبکاری	27
2-10- تاثیر زمان روشنایی و خاموشی	28
2-11- تاثیر دانسیته جریان	29
2-12- روش های تعیین ذرات پراکنده در پوشش	33
2-12-1- روش وزنی	33
2-12-2- روش میکروسکوپی	33
2-12-3- روش میکروآنالیزورهای پروپ الکترونی	33
2-12-4- روش طیف نگاری مرتبط با فوتون(PCS)	34
2-13- سایش و مکانیزمهای آن	34
فصل سوم : روش انجام آزمایش	37
3-1- مواد مورد استفاده	38
3-2- وسایل و تجهیزات مورد استفاده جهت آبکاری	39
3-2-1- منبع جریان	40
3-3- آماده سازی الکترولیت و آبکاری نمونه ها	41
3-4- ارزیابی نمونه ها	44
3-5- نحوه بررسی اثر پارامترهای انتخاب شده بر ریز ساختار و خواص پوشش	45
3-5-1- بررسی اثر غلظت پخش کننده (SDS)	45
3-5-2- بررسی اثر افزودنی ساخارین	46
3-5-3- بررسی اثر دانسیته جریان	46
3-5-4- بررسی اثر فرکانس	47
3-5-5- بررسی اثر چرخه کاری	47
3-5-6- بررسی اثر غلظت کاربیدتنگستن	48
فصل چهارم : نتایج و بحث	49
4-1- بررسی اثر افزودنیها بر مورفولوژی پوششهای نانوکامپوزیتیCr-WC	50
4-1-1- تاثیر سورفکتانت SDS	51
4-1-2- تاثیر افزودنی ساخارین	56
4-1-3- تاثیر غلظت ذرات کاربید تنگستن در محلول	59
4-2- بررسی اثر پارامترهای آبکاری پالسی بر مورفولوژی پوششهای نانوکامپوزیتی Cr-WC	61
4-2-1- تاثیر دانسیته جریان	61
4-2-2- تاثیر چرخه کاری	65
4-2-3- تاثیر فرکانس پالس	67
4-3- بررسی اثر پارامترهای موثر بر سختی و رفتار سایشی پوششهای نانوکامپوزیتی Cr-WC	70
4-3-1- تاثیر غلظت ذرات WC در حمام آبکاری	70
4-3-2- تاثیر غلظت سورفکتانت SDS	73
4-3-3- تاثیر افزودن ساخارین	75
4-3-4- تاثیر دانسیته جریان	78
4-3-5- تاثیر فرکانس پالس	81
4-3-6- تاثیر چرخه کاری	83
فصل پنجم : نتیجه گیری و پیشنهادها	85
نتیجه گیری	86
پیشنهادها	87
مراجع	88
مراجع فارسی	89
مراجع لاتین	90
چکیده انگلیسی	94

فهرست جدول ها

عنوان صفحه

جدول 2-1- درصد حجمی ذراتی که توسط جذب ضعیف و قوی در حین ایجاد پوشش کامپوزیتی نیکل-کاربیدسیلسیم به سطح کاتد چسبیده اند	20
جدول 2-2- شرایط پایداری بر حسب پتانسیل زتا	24
جدول 2-3- شرایط گوناگون شفافیت محلول بر حسب پتانسیل غلظت ترساز	26
جدول 3-1- ترکیب و شرایط حمام مورد استفاده برای آبکاری	42
جدول 3-2- ترکیب حمام الکتروپولیش	43
جدول 3-3- شرایط انجام آزمایش سایش	45
جدول 3-4- شرایط آبکاری بکار رفته برای بررسی اثر غلظت SDS	46
جدول 3-5- شرایط آبکاری بکار رفته برای بررسی اثر غلظت ساخارین	46
جدول 3-6- شرایط آبکاری بکار رفته برای بررسی اثر دانسیته جریان	46
جدول 3-7- زمان های روشنی و خاموشی در هر فرکانس	47
جدول 3-8- شرایط آبکاری بکار رفته برای بررسی اثر فرکانس	47
جدول 3-9- شرایط آبکاری بکار رفته برای بررسی اثر چرخه کاری	48
جدول 3-10- شرایط آبکاری بکار رفته برای بررسی اثر غلظت کاربیدتنگستن	48

فهرست شکل ها

شکل 2-1- شماتیکی از سلول آبکاری الکتریکی.	7
شکل 2-2- گروههای مختلف مواد نانوساختار و روشهای مختلف تولید آنها.	11
شکل 2-3- نمودار شماتیک انواع رشد.	13
شکل 2-4- مدل پنج مرحله ای Celis.	22
شکل 2-5- تصویر شماتیک از یک فعال ساز.	25
شکل 2-6- پوششهای نانو نیکل با اعمال دانسیته جریان های مختلف.	30
شکل 2-7- ارتباط دانسیته جریان پوشش دهی و اندازه دانه پوششهای نیکل نانو.	31
شکل 2-8- الگوی پراش تفرق اشعه X پوشش نانو نیکل در دانسیته جریان های مختلف.	32
شکل 3-1- تصویری شماتیک از جریان پالس مربعی و مثلثی.	40
شکل 4-1- تصاویر SEM مورفولوژی سطح پوشش کرم خالص از حمام فاقد افزودنی (5/2=pH، دانسیته جریان8، چرخه کاری %50، فرکانس Hz 10، دما 27 و زمان min 100).	50
شکل 4-2- تصاویر SEM مورفولوژی سطح پوشش کامپوزیتیCr-WCاز حمام فاقد افزودنی (5/2pH=، غلظت ذرات g/lit 10، دانسیته جریان 8، چرخه کاری%50، فرکانس Hz 10 ، دما27 و زمان min 100).	51
شکل 4-3- نحوه عملکرد فعال ساز سطح بر روی جدایش ذرات در حمام.	52
شکل 4-4- تصاویر SEM مورفولوژی سطح پوششهای کامپوزیتی از حمام با g/lit 1 ساخارین و حاوی a) صفر، b) 5/.، c) 1، d) 2 گرم بر لیتر SDS (5/2pH=، غلظت ذراتg/lit10، چرخه کاری %50، فرکانس Hz 10 ، دانسیته جریان 8، دما27 و زمان min 100).	53
شکل 4-5- تاثیر غلظت SDS بر درصد وزنی ذرات کاربیدتنگستن در پوشش Cr-WC (5/2PH=، غلظت ذراتg/lit 10،g/lit1 ساخارین، چرخه کاری %50، فرکانس Hz 10، دانسیته جریان 8، دما27 و زمان min 100).	55
شکل 4-6- تصاویر SEM مورفولوژی سطح پوشش نانوکامپوزیتیCr-WCاز حمام حاوی 1 گرم بر لیتر SDS و a) 5/0، (b1، (c5/1، (d3 گرم بر لیتر ساخارین (5/2pH=، غلظت ذرات g/lit10، چرخه کاری ‌%50، فرکانس Hz 10، دانسیته جریان8، دما27 و زمان min 100).	57
شکل 4-7- تاثیر غلظت ساخارین بر درصد وزنی ذرات کاربیدتنگستن در پوششهایCr-WC(5/2pH=، غلظت ذرات g/lit 10، g/litSDS 1، چرخه کاری %50، فرکانس Hz 10، دانسیته جریان8، دما27 و زمان min100).	58
شکل 4-8- تصاویر SEM مورفولوژی سطح پوششهای کامپوزیتی Cr-WCاز حمام با g/litSDS1، g/lit1 ساخارین، (a5، (b10،c) 20،(d 40 گرم بر لیتر کاربیدتنگستن (5/2pH=، چرخه کاری%50، فرکانس Hz 10، دانسیته جریان8، دما27 و زمان min 100).	59
شکل 4-9- تصاویر SEM سطح مقطع پوششهای کامپوزیتی Cr-WCاز حمام با g/litSDS 1،g/lit1 ساخارین، (a5، (b10،(c20، (d 40 گرم بر لیتر کاربیدتنگستن (5/2pH=، چرخه کاری%50، فرکانس Hz 10، دانسیته جریان8، دما27 و زمان min 100).	60
شکل 4-10- تاثیر غلظت کاربیدتنگستن بردرصد وزنی ذرات در پوششهایCr-WC(5/2pH=، g/litSDS 1، g/lit 1 ساخارین، چرخه کاری %50، فرکانس Hz 10 ، دانسیته جریان8، دما27 و زمان min 100).	61
شکل 4-11- تصاویر SEM مورفولوژی سطح پوششهای کامپوزیتی Cr-WCاز حمام باg/litSDS 1 و g/lit1 ساخارین با دانسیته جریانهای (a 2، (b8، (c15 وd) 20 آمپر بر دسیمتر مربع (5/2pH=، چرخه کاری %50، فرکانس Hz 10، دما27 و زمان min 100).	62
شکل 4-12- تاثیر دانسیته جریان بر درصد وزنی ذرات کاربید تنگستن در پوششهایCr-WC(5/2pH=، غلظت ذراتg/lit10، g/litSDS1،g/lit1 ساخارین، چرخه کاری %50، فرکانس Hz 10 ، دما27 و زمان min 100).	63
شکل 4-13- تصاویر SEM ازمورفورلوژی سطح پوششهای نانوکامپوزیتیCr-WCاز حمام حاوی g/litSDS 1، g/lit1 ساخارین، درچرخه های کاریa) 30، b) 50، c) 70، d) 90 درصد (5/2pH=، غلظت ذرات g/lit، 10، فرکانس Hz 10، دانسیته جریان8، دما27 و زمان min 100).	65
شکل 4-14- تاثیر چرخه کاری بر درصد وزنی ذرات کاربیدتنگستن در پوششهای Cr-WC (5/2pH=، غلظت ذراتg/lit 10، g/litSDS 1،g/lit1 ساخارین، فرکانس Hz 10، دانسیته جریان8، دما27 و زمان min 100).	66
شکل 4-15- تصاویر SEM مورفولوژی سطح پوششهای کامپوزیتی Cr-WCاز حمام حاویg/litSDS 1 وg/lit1 ساخارین (a 1، (b 10(c100، (d1000 هرتز (5/2pH=،غلظت ذراتg/lit10، چرخه کاری %50، دانسیته جریان8، دما27 و زمان min 100).	68
شکل 4-16- نمودار تغییرات درصد وزنی کاربیدتنگستن در پوششهای کامپوزیتیCr-WC برحسب فرکانس، در حمام آبکاری با غلظت ذراتg/lit10، g/litSDS1،g/lit1 ساخارین، 5/2pH=، چرخه کاری %50، دانسیته جریان8، دما27 و زمان min 100.	69
شکل 4-17- نمودار ریز سختی پوشش کرم خالص و پوشش کامپوزیتیCr-WC برحسب غلظتهای مختلف WC در حمام آبکاری با دانسیته جریان 8، چرخه کاری %50، فرکانس Hz 10، SDS و ساخارین هر کدامg/lit1.	70
شکل 4-18- نرخ سایش پوشش کرم خالص و پوشش کامپوزیتیCr-WCبر حسب غلظتهای مختلف WC در حمام آبکاری با دانسیته جریان 8، چرخه کاری %50، فرکانس Hz 10، SDS و ساخارین هر کدام g/lit1.	71
شکل 4-19- تصاویر SEM سطوح سایش پوششهای کامپوزیتیCr-WCتولید شده در حمامهای حاوی غلظتهایa) 5، b) 10 و c) 40 گرم بر لیتر ذرات WC در آبکاری با دانسیته جریان 8، چرخه کاری %50، فرکانسHz10SDS , و ساخارین هر کدامg/lit1.	72
شکل 4-20- نمودار ریز سختی پوشش کامپوزیتیCr-WCبر حسب افزایش غلظت SDS در حمام آبکاری با دانسیته جریان 8، غلظت ذراتgr/lit10، چرخه کاری %50، فرکانس Hz 10، SDS وساخارین هر کدامg/lit1.	73
شکل 4-21- نرخ سایش پوششهای کامپوزیتیCr-WCبر حسب غلظت SDS در حمام آبکاری با دانسیته جریان 8، غلظت ذراتg/lit10، چرخه کاری %50، فرکانس Hz 10 و ساخارین g/lit 1.	74
شکل 4-22- ریزسختی پوششهای کامپوزیتیCr-WC بر حسب افزایش غلظت ساخارین در حمام آبکاری با دانسیته جریان 8، غلظت ذرات g/lit 10، چرخه کاری %50، فرکانس Hz 10 و SDSg/lit 1.	75
شکل 4-23- نرخ سایش پوششهای کامپوزیتی Cr-WCبر حسب غلظت ساخارین در حمام آبکاری با دانسیته جریان 8، غلظت ذراتgr/lit10، چرخه کاری %50، فرکانس Hz 10 وSDSg/lit 1.	76
شکل 4-24- تصاویر SEM از سطوح سایش پوششهای کامپوزیتیCr-WCدر حمام با غلظتهایa) 5/0، b)1 وc) 3 گرم بر لیتر ساخارین با دانسیته جریان 8، چرخه کاری %50، فرکانس Hz10 و SDSg/lit1.	78
شکل 4-25- نمودار ریز سختی پوششهای کامپوزیتیCr-WCبر حسب مقادیر مختلف دانسیته جریان در حمام آبکاری با غلظت ذرات g/lit 10، فرکانس Hz 10، چرخه کاری %50، ساخارین و SDS هر کدام g/lit1.	79
شکل 4-26- نرخ سایش پوششهای کامپوزیتیCr-WCبر حسب دانسیته جریان در حمام آبکاری با غلظت ذراتg/lit 10، ساخارین و SDSهر کدامg/lit1، چرخه کاری %50 و فرکانس Hz 10.	80
شکل 4-27- تصاویر SEM از سطوح سایش پوششهای کامپوزیتیCr-WCبرحسبدانسیتهجریانهایa) 6، b) 8 وc) 20 آمپر بر دسیمتر مربع درحمام آبکاریبا غلظت ذراتg/lit 10،ساخارین و SDSهر کدام g/lit1، چرخهکاری%50و فرکانسHz10.	81
شکل 4-28- نمودار ریز سختی پوششهای کامپوزیتیCr-WCدر فرکانسهای مختلف در حمام آبکاری با دانسیته جریان8، چرخه کاری %50، غلظت ذراتg/lit 10، ساخارین وSDS هر کدام g/lit 1.	82
شکل 4-29- نرخ سایش پوششهای کامپوزیتیCr-WC بر حسب فرکانس در حمام آبکاری با دانسیته جریان8، غلظت ذراتg/lit 10، چرخه کاری %50، ساخارین وSDSهر کدامg/lit 1.	82
شکل 4-30- نمودار ریز سختی پوششهای کامپوزیتیCr-WCدر چرخه های کاری مختلف در حمام آبکاری با دانسیته جریان8، غلظت ذرات g/lit 10، چرخه کاری %50، ساخارین و SDSهر کدامg/lit 1.	83
شکل 4-31- نرخ سایش پوششهای کامپوزیتیCr-WC بر حسب چرخه کاری در حمام آبکاری با دانسیته جریان8، غلظت ذراتg/lit 10، فرکانس Hz 10، ساخارین وSDSهرکدامg/lit1.	84