فولاد گرمکار-در زمان این تحقیق. فرآیند نیترو کربوراسیون پلاسمایی الکترولیتی روی زمینه ای از فولاد گرم کار AISI H13 انجام گرفت. الکترولیت مربوطه محلولی شامل یک ماده آلی کربن و نیتروژن دار. و مقداری افزودنی دیگر برای بالا بردن هدایت الکترکی محلول است. در طی این فرآیند نمونه های مورد نظر در قطب منفی قرار گرفته و ولتاژ مستقیمی. ما بین 230 – 170 ولت به آنها اعمال میشود.

فولاد گرمکار-زمان عملیات بین 1 الی 10 دقیقه است. برای بررسی مرفولوژی نمونه ها از میکروسکوپ نوری و الکترونی روبشی و همچنین از دستگاه میکرو سختی سنج استفاده شد. بررسی مقاومت به خوردگی این نمونه ها توسط روش های پلاریزاسیون پتانسیودینامیک و تکنیک اسپکتروسکوپی امپداتس الکتروشیمیایی صورت گرفت. نتایج بدست آمده حاکی از وجود مخلوطی از فازهای نیتریدی. روی فولاد است که عمدتاً در اثر تغییر دما بوجود آمده اند.

رابطه دما با تغییرات ولتاژ

از آنجایی که تغییرات دما با تغییرات ولتاژ رابطه مستقیمی دارد، با تغییر ولتاژ. شاهد بوجود آمدن فاز ˠN تنها و نیز مخلوطی از فازهای Cr,Fe Nx,Fe,Fe,Cr 204 خواهیم بود. مقاومت به خوردگی با اعمال این روش نسبتاً افزایش یافت. هم چنین مقاومت به خوردگی در اثر تشکیل یک لایه اکسیدی روی نمونه ها بیشتر افزایش می یابد. آزمون سایش لغزنده نیز بمنظور مقایسه نمونه های پوشش دار با نمونه های فاقد پوشش انجام گرفت.

مقدمه

هم اکنون نیتراسیون و روشهای مشابه آن یکی از روشهای مهم در زمینه عملیات سطحی محسوب می شوند. در این زمینه، برای بدست آوردن خواص بهتر و مورد نیاز موارد خاص، از روشهای مختلف پلاسما استفاده میشود. کلیه این روشها برای بدست آوردن خواص مکانیکی بهتر. نظیر مقاومت به سایش بالاتر و با مقاومت به خوردگی بالاتر و یا بالاتر بودن استعداد. پذیرش پوشش پلاسمایی در فشار محیط، اخیراً توجه محققان را به خود جلب کرده است. در این روش، که به روش پلاسمایی الکترولیتی معروف است، مانند تمام روشهای دیگر. الکترولیتی دو الکترود (آند و کاتد) داخل یک الکترولیت آبی قرار می گیرند. گرچه به غیر از فرآیند نیترو کربوراسیون، فرآیندهایی مانند اکسیداسیون، بوردهی. و یا حتی تمیزسازی سطوح فلزی نیز توسط این روش صورت می گیرد.

فرآیند نیتروکروبراسیون

اما در این مقاله به طور خاص، به فرآیند نیتروکروبراسیون توسط این روش اشاره میشود. نمونه مورد نظر در این روش کاتد می باشد. در این روش با استفاده از یک منبع برق مستقیم پر قدرت، ولتاژی. ما بین 170 الی 230 ولت به نمونه اعمال میشود. و پس از تشکیل محیط پلاسمایی در اطراف نمونه، اجزای موجود. در الکترولیت تجزیه شده و سطح نمونه را بمباران میکنند. با توجه به اینکه از چه نوع الکترولیتی استفاده میشود، میتوان سطح نمونه را. تحت فرآیندهای مختلف نفوذی قرار داد، در طی فرآیند نیتروکربوراسیون. از الکترولیتی شامل یک جزء آلی _کاربامید اوره_ و یک جزء معدنی _کربنات سدیم_ .برای تنظیم هدایت الکتریکی الکترولیت استفاده میشود.

آند

آند در این روش بسیار برزگتر از کاتد می باشد و معمولاً از ظرفی که عملیات. در آن صورت میگیرد بعنوان آند استفاده میشود و جنس آن نیز عموماً از فولاد ضد زنگ انتخاب می شود. فرآیند نیترو کربوراسیون توسط این روش ابتدا در سال 2001 میلادی برای فولادهای ضد زنگ مورد بررسی قرار گرفت. سپس تحقیقات دیگری جهت بهبود بعضی از خواص نمونه های نیتروکربوره شده توسط این روش صورت گرفت.

در این مقاله نیتروکربوراسیون فولاد گرمکار AISI H13 توسط این روش مورد بررسی قرار میگیرد. این فولاد بدلیل شرایط مورد استفاده باید. دارای مقاومت به سایش و خوردگی خوبی باشد، لذا هر کدام از این موارد بصورت جداگانه مورد بحث قرار میگیرد.

روش تحقیق

در این بررسی نمونه هایی از جنس فولاد گرمکار ASIS H13 بصورت استوانه. با قطر 2cm و ارتفاع 1cm تهیه شد، ترکیب شیمیایی این نوع فولاد در جداول تحقیق آمده است. نمونه ها پس از ماشینکاری و برداشت لبه های تیز تا سنباده 1000 پرداخت شدند. در وسط نمونه ها سوراخی برای اتصال به قطر 8mm ایجاد و رزوه کاری شد. ارتفاع این سوراخ به گونه ای بود که کف آن دقیقاً 500 µM از فلز مورد نظر باقیمانده بود.

در هنگام آزمایش و برای اندازه گیری دمای سطح نمونه یک پوسته از جنس آلومینای خالص. در داخل سوراخ ایجاد شده در نمونه قرار میگرفت و سپس نمونه به پایه مخصوص پیچ میشد. محل اتصا پایه و نمونه و همچنین سطح پایه با انواع تفلون و روکش و وارنیشهای نسوز عایق کاری میشد. تا از خروج هرگونه جریان ناشی از تماس الکترولیت با سطح فلزی. خودداری شود، پایه نگهدارنده یک میله از جنس فولاد ضد زنگ بود. و از وسط آن ترمو کوپل نوع K عایق بندی شده به داخل سوراخ ایجاد شده هدایت میشد.

دمای سطح نمونه

برای خواندن دقیق دمای سطح نمونه لازم بود که ابتدا دما سنج توسط این سیستم کالیبره شود. که اینکار با استفاده از یک کوره انجام پذیرفت و پس از بدست آوردن تآخیر زمانی. و رسم منحنی کالیبراسیون دما، نمونه های واقعی تست میشدند. ترکیب الترولیت، ولتاژ، زمان و دمای عملیات برای نمونه های مختلف در جداول مربوطه ی تحقیق قابل مشاهده می باشد. ولتاژ اعمالی نیز توسط یک منبع برق سه فاز 20KW یکسو شده اعمال شده است. برای اچ کردن نمونه های متالوگرافی شده از محلول تایتال 2 درصد استفاده گردید. تستهای مختلف بر روی نمونه ها توسط میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی. مدل Philips XL30 و میکروسختی سنج مدل Buehler-Micromet 1 و دستگاه پتانسیواستات مدل EG&G-273A انجام شد. هم چنین تست سایش لغزنده نیز بمنظور مقایسه رفتار تریبولوژیکی نمونه ها بر روی آنها انجام شد.

نتایج و بحث

تصاویر متالوگرافی و SEM لایه نیتریدی ایجاد شده توسط این روش می باشد. این لایه نسبتاً یکنواخت می باشد. از دید ماکروسکوپیک نیز سطح نمونه کاملا یکنواخت ولی زبر می باشد. نمودار 1 آنالیز XRD سطح نمونه C3 را بعنوان مثال نشان میدهد. نتایج آنالیز XRD نشانگر ایجاد مخلوط فازهای نیترید و کاربید بر روی سطح نمونه می باشد. در ضمن در اثر کوئنچ کردن در الکترولیت، بعضاً یک لایه اکسیدی بر روی سطح ایجاد می شود. با ایجاد این لایه مانعی در برابر خوردگی بر روی سطح ایجاد میگردد. که سبب افزایش مقاومت به خوردگی می شود.

نتایج آزمایش پلاریزاسیون پتاسیوداینامیک

نتایج آزمایش پلاریزاسیون پتاسیوداینامیک را برای نمونه های مختلف فولاد H13. را در محلول 3/5 درصد کلرور سدیم خالص نشان میدهد. در تمامی این نمونه ها شاهد خوردگی یکنواخت سطح قرار گرفته. و در معرض الکترولیت بودیم و در بعضی موارد پوشش بدون تغییر ظاهری بر روی نمونه باقی می ماند. همانگونه که ملاحظه میشود نمونه ها تقریباً رفتار مشابهی. از خود نشان میدهند و فقط نمونه C1 کمی بهتر از سایر نمونه هاست. برای بررسی های بیشتر منحنی های امپدانس نمونه ها مشخص است. نمونه C1 دارای مقاومت بالاتری است.

تأثیر آزمایش به خوردگی فولادها

با توجه به مطالعات صورت گرفته توسط مولفان ظاهراً این روش بیشتر بر روی مقاومت به خوردگی. فولادهای با درصد آلیاژی بالا تأثیر خود را نشان میدهد. این مشاهدات در تطابق با نتایج بدست آمده توسط آقای دکترA.Matthews و همکاران می باشد. آنها در بررسیهای خود به این نتیجه رسیده بودند که بهترین مقاومت به خوردگی از آن نمونه است. که دارای دمای بالاتر _ولتاژ بالاتر_ و زمان بالاتر فرآیند است.

نتایج تست سایش نمونه ها

نتایج تست سایش نمونه ها بر حسب میلی گرم در مسافت های 500 – 1000- 1500-2000 متر در نمودار کاهش وزن. بر حسب مسافت پیموده شده آمده است. همانطور که مشخص است نمونه ASIS H13 که تحت عملیات پوشش دهی. قرار نگرفته است، پس از طی مسافت های 500 – 1000- 1500 , 2000 متر دچار کاهش وزن شدیدی میشود. در مورد نمونه C1 , C3 میزان کاهش وزن قبل از. مسافت 500 متر کم است، اما پس از طی مسافت 500 متر میزان کاهش وزن سیر صعودی میگرید.

از بین رفتن لایه ترکیبی نازک

علت آن میتواند از بین رفتن لایه ترکیبی نازک در ابتدای مسیرو عدم مقاومت کافی زیر لایه باشد. در مورد نمونه C2 که بهترین رفتار سایشی. را نشان میدهد، میتوان چنین اظهار کرد که بدلیل ولتاژ و در نتیجه دمای بالا، لایه بوجود آمده. ضخیم تر است و ذرات سایای آن نیز هنگام تست سایش اثرات کمتری می گذارند. نمونه ای از عکسبرداری SEM از نمونه های ساییده شده در اشکال مشخص شده در تحقیق است. فولاد گرمکار

نتیجه گیری

فرآیند نیترو کربوراسیون پلاسمایی الکترولیتی برای فولادهای H13 انجام شد. و مقاومت به خوردگی این پوششها توسط دو روش پلاریزاسیون پتانسیوداینامیک و اسپکتروسکوپی امپدانس الکتروشیمیایی مورد بررسی قرار گرفت. با توجه به نتایج بدست آمده میتوان گفت که برای افزایش مقاومت به خوردگی. نمونه های پوشش داده شده باید به پارامترهایی نظیر ولتاژ اعمالی و زمان عملیات توجه کرد. فولاد گرمکار

ولتاژ اعمالی

ولتاژ اعمالی در این روش با دمای سطح نمونه رابطه مستقیم دارد. با مطالعات تکمیلی مشخص شد که اثر این فرآیند بر روی مقاومت به خوردگی. فولادهای آلیاژی – در صورت کنترل شرایط- بیشتر است. بهترین شرایط اعمال پوششها که در این تحقیق بدست آمده، در مورد مقاومت. به خوردگی این پوششها برای فولاد H13 در غلظت کربامید 72 درصد و غلظت کربنات سدیم 3 درصد. و ولتاژ اعمالی 170 ولت و زمان فرآیند 3 دقیقه است. هم چنین از آزمون سایش لغزنده برای ارزیابی مقاومت به سایش. نمونه ها استفاده شد و مشخص شد که بهترین شرایط اعمال پوشش. از این نظر در غلظت کربامید 72 درصد و غلظت کربنات سدیم 3 درصد. و ولتاژ اعمالی 230 ولت و زمان فرآیند 3 دقیقه است. در ضمن مقاومت به سایش نمونه ها با استفاده از این روش 3 تا 8 برابر افزایش می یابد.فولاد گرمکار

پیشنهادها

پیشنهاد میشود مکانیزم خوردگی و اعمال پوششهای ترکیبی مانند بوردهی و نیتراسیون همزمان با روش مشابه بررسی گردد. هم چنین ترکیب این فرآیند با فرآیندهای دیگر مانند. اکسیداسیون بعدی نمونه ها میتواند بر روی خواص نمونه ها تأثیرات جالبی داشته باشد.

دانشگاه مهندسی مواد ، دانشگاه تهران
فولاد گرمکار- H13-فولاد ابزار گرمکار-www.foolad-paytakht.ir

شرکت خشکه و فولاد پایتخت صنعتگران عزیز، افتخار داریم که سالها تجربه گرانبهای خویش. را در زمینه عرضه انواع ورق آلیاژی. و انواع فولاد آلیاژی برای خدمت رسانی به شما. هموطنان کشور عزیزمان ایران ارائه می دهیم. پیشاپیش از اینکه شرکت خشکه و فولاد پایتخت. را جهت خرید خود انتخاب می نمایید سپاسگزاریم.
ارتباط با ما:
۰۹۱۲۱۲۲۴۲۲۷
۰۹۳۷۱۹۰۱۸۰۷
تلفن: ۰۲۱۶۶۸۰۰۲۵۱
فکس: ۶۶۸۰۰۵۴۶