تاثیر دمای لایه نشانی بر ریزساختار و خواص سطحی پوشش نانوساختار TiAlN اعمال شده به روش PACVD

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار گروه مواد دانشگاه بوعلی سینا

2 گروه شناسایی و انتخاب مواد مهندسی، بخش مهندسی مواد، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

3 دانشگاه صنعتی امیرکبیر

4 گروه مهندسی مواد و متالورژی/ دانشگاه اراک

چکیده

هدف از این پژوهش، بررسی ریزساختار و خواص سطحی پوشش نانوساختار نیترید تیتانیوم-آلومینیوم (TiAlN) اعمال شده در دماهای مختلف لایه نشانی است. برای این منظور پوشش های نانوساختار TiAlN با استفاده از روش رسوب گذاری شیمیایی از فاز بخار به کمک پلاسما با جریان مستقیم پالسی (DC-PACVD) بر سطح فولاد ابزار گرم کار (H11) نیتروژن دهی شده لایه نشانی شدند. پوشش ها در شرایط یکسان درصد چرخه کار، بسامد و نسبت گازی H2/Ar/N2 به ترتیب در 33 درصد، 10 کیلوهرتز و 50/150/400 سانتیمتر مکعب و در دماهای 470، 485، 500 و 515 درجه سانتیگراد به روش PACVD لایه نشانی شدند. برای بهبود استحکام چسبندگی پوششهای TiAlN به زیرلایه، از میان لایه پوشش TiN استفاده شد. برای مشخصه یابی پوششها از دستگاه های FESEM، SEM و XRD و همچنین برای ارزیابی خواص مکانیکی و چسبندگی پوششها از ریزسختی سنج ویکرز و آزمون خراش بهره گرفته شد. نتایج دلالت می کند بیشینه سختی پوشش TiAlN، اعمال شده در دمای 485 درجه سانتیگراد است که به عوامل مختلف از جمله ثابت شبکه، اندازه بلورک و مقدار کلر در ترکیب شیمیایی پوشش، نسبت داده می شود. همچنین تشکیل لایه نازک نانومتری Fe4N در فصل مشترک پوشش با زیرلایه در دمای بالاتر از 500 درجه سانتیگراد، موجب تضعیف چسبندگی پوشش TiAlN به زیرلایه می شود. با ارزیابی کمّی میزان چسبندگی پوششها، مشخص شد که پوشش ایجادشده در دمای 485 درجه سانتیگراد بیشینه مقدار بار بحرانی خراش (23 نیوتن) را تحمل می کند.

کلیدواژه‌ها

مراجع

  1. V. F. C. Sousa, F. J. Silva, G. F. Pinto, A. Baptista, R. Alexandre, Review Characteristics and Wear Mechanisms of TiAlN-Based Coatings for Machining Applications: A Comprehensive Review, Metals, 11 (2021) 260.
  2. P. H. Mayrhofer, A. Hörling, L. Karlsson, J. Sjölén, T. Larsson, and C. Mitterer, Self-organized nanostructures in the Ti–Al–N system, Applied Physics Letter, 83 (2003) 2049–2051.
  3. K. Yamamoto, Y. Tatsuhira, Y. Iwai, The Relationship between Coating Property and Solid Particle Erosion Resistance of AIP-Deposited TiAlN Coatings with Different Al Contents, Coatings, 11 (2021) 992.
  4. M. Moreno, J. M. Andersson, R. Boyd, M. P. Johansson-Jöesaar, L. J. S. Johnson, L. Rogström, Crater wear mechanism of TiAlN coatings during high-speed metal turning, Wear, 484–485 (2021) 204016.
  5. P. V. Moghaddam, B. Prakash, E. Vuorinen, M. Fallqvist, J. M. Andersson, J. Hardell, High temperature tribology of TiAlN PVD coating sliding against 316L stainless steel and carbide-free bainitic steel, Tribology International, 159 (2021) 106847.
  6. H. Naderi, H. Elmkhah, Y. Mazaheri, Numerical and experimental investigations of mechanical behavior of hard TiAlN nanostructured coatings applied by PVD on HSS substrate, Modares Mechanical Engineering, 19 (2019) 3063-3069, (In Persian).
  7. H. Elmkhah, T.F. Zhang, A. Abdollah-zadeh, K.H. Kim, F. Mahboubi, Surface characteristics for the Ti-Al-N coatings deposited by high power impulse magnetron sputtering technique at the different bias, Journal of Alloys and Compounds, 688 (2016) 820–827.
  8. H. Elmkhah, A. Abdollah-zadeh, F. Mahboubi, A.R. Sabour Rouhaghdam, A. Fattah-alhosseini, Correlation between the duty cycle and the surface characteristics for the nanostructured titanium aluminum nitride coating deposited by pulsed-DC PACVD technique, Journal of Alloys and Compounds, 711 (2017) 530-540.
  9. R.F. Bunshah, Handbook of deposition technologies for films and coatings, 2nd Ed, Noyes publications, Park Ridge, New Jersey, U.S.A, (1999).
  10. H.O. Pierson, Handbook of chemical vapor deposition (CVD) principles, technology, and applications, 4th Ed, Noyes Publications, Park Ridge, New Jersey, U.S.A, (2001).
  11. H. Elmkhah, A. Fattah-alhosseini, K. Babaei, A. Abdollah-zadeh, F. Mahboubi, Correlation between Al-content and corrosion resistance for TiAlN coatings applied by PACVD technique, Journal of Asian Ceramic Societies, 8 (2020) 72-80.
  12. K. Kawata, H. Sugimura, O, Takai, Effects of chlorine on tribological properties of TiN films prepared by pulsed D.C. plasma-enhanced chemical vapor deposition, Thin Solid Films, 407 (2002) 38–44.
  13. M.S. Mahdipoor,  F. Mahboubi,  H. Elmkhah, The Influence of Plasma Nitriding Pre-Treatment on Tribological Properties of TiN Coatings Deposited by PACVD, Journal of Materials Engineering and Performance, 21 (2012) 958-964.
  14. K.S. Klimek, A. Gebauer-Teichmann, P. Kaestner, K.T. Rie, Duplex-PACVD coating of surfaces for die casting tools, Surface and Coatings Technology, 201 (2007) 5628-5632.
  15. H. Elmkhah, F. Mahboubi, A. Abdollah-zadeh, A.R. Sabour Rouhaghdam, A new approach to improve the surface properties of H13 steel for metal forming applications by applying the TiAlN multi-layer coating, Journal of Manufacturing Process, 32 (2018) 873-877.
  16. Z.J. Liu, P.W. Shum, Y.G. Shen, Hardening mechanisms of nanocrystalline Ti–Al–N solid solution films, Thin Solid Films, 468 (2004) 161-166.
  17. H. Elmkhah, A. Abdollah-zadeh, F. Mahboubi, A. Sabour rohaghdam, K. H. Kim, Qualitative evaluation of mechanical properties of nanostructured TiAlN coatings deposited on cutting tools by analysis of XRD results, Modares Mechanical Engineering, 14 (2014) 61-66, (In Persian).
  18. M.P. Gispert, Tribological behaviour of Cl-implanted TiN coatings for biomedical applications, Wear, 262 (2007) 1337-1345.
  19. W. Kovacs, B. Russell, An introduction to ion nitriding; What is it? Why is it used? Where is it used?, Ion nitriding palvince, ASM, (1987).

 

 

 

 

نشریه علوم و مهندسی سطح
دوره 17، شماره 50
اسفند 1400
صفحه 41-50

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار