عنوان

بررسی تاثیر پارامترهای فیزیکی پوشش نیترید کروم اعمال شده بر روی مکانیزم¬های لولا جهت جلوگیری از جوش سرد در شرایط فضایی

Number

پ۲۴۱۴۵

.Language of Text, Soundtrack etc

per

Title Proper

بررسی تاثیر پارامترهای فیزیکی پوشش نیترید کروم اعمال شده بر روی مکانیزم¬های لولا جهت جلوگیری از جوش سرد در شرایط فضایی

First Statement of Responsibility

آروین تقی زاده تبریزی

Name of Publisher, Distributor, etc.

تبریز

Date of Publication, Distribution, etc.

۱۳۹۹

Specific Material Designation and Extent of Item

۱۲۰ص

Dissertation or thesis details and type of degree

دکتری

Discipline of degree

مهندسی مواد

Date of degree

۱۳۹۹/۱۱/۲۵

Text of Note

چکیده: استفاده از تیتانیم در سازه¬های فضایی به دلیل چگالی پایین و نسبت استحکام به وزن بالا رو به افزایش است ولی با در نظر گرفتن خواص سایشی ضعیف تیتانیم و احتمال وقوع جوش سرد و قفل شدن مکانیزم¬های لولای مورد استفاده در سازه¬های فضایی، نیاز به بهبود رفتار سایشی این دسته از مواد وجود دارد. جهت جلوگیری از وقوع جوش سرد در سازه مد نظر، بایستی از به¬وجود آمدن ذرات سوم که محصول خوردگی، خراش به¬وجود آمده ناشی از چسبندگی پایین و ذرات سایش یافته جلوگیری کرد. بنابراین بایستی خواص تریبولوژیکی شامل مقاومت خوردگی (پارامتر شیمیایی)، مقاومت در برابر خراش، سختی سطح و مقاومت در برابر سایش (پارامتر فیزیکی) بهبود داده شود. در پژوهش پیش¬رو، لایه نازک نیتریدکرومی با استفاده از روش ترکیبی آبکاری الکتریکی کروم و نیتروژن-دهی پلاسمایی بر روی تیتانیم خالص سنتز شد و بررسی¬های تریبولوژیکی جهت ارزیابی پوشش به¬دست آمده انجام شد. در این پژوهش سعی بر این شده است که ضخامت لایه کرومی اعمال شده کم باشد تا در حین نیتروژن¬دهی پلاسمایی، نفوذ نیتروژن به-طور موثرتری انجام پذیرد. به این منظور، ابتدا پوشش کروم به روش آبکاری الکتریکی در چگالی جریان¬های 30، 40، 50 و 60 آمپر بر دسی¬متر مربع و به مدت 15، 30 و 60 دقیقه اعمال شد. با کنترل ضخامت لایه کرومی 7/3 میکرومتر اندازه گرفته شده در شرایط بهینه اعمال در 30 آمپر بر دسی¬متر مربع و 15 دقیقه به¬دست آمد. هم¬چنین پوشش نیتریدی در دماهای 500، 550 و 600 درجه سانتی¬گراد به مدت 4 ساعت و تحت اتمسفر نیتروژن/هیدروژن به 1:3 اعمال شد. با انتخاب شرایط بهینه اعمال پوشش نیتریدی، لایه نیترید کرومی سنتز شد. پوشش لایه کروم بدون ترک در شرایط آبکاری 30 آمپر بر دسی¬متر مربع به مدت 15 دقیقه به¬دست آمده و نیتروژن¬دهی پلاسمایی در 600 درجه سانتیگراد و به مدت 4 و 8 ساعت انجام شد. با بررسی فازی مشخص شد که فاز نهایی Cr2N روی سطح نمونه¬ها در زمان نیتروژن¬دهی 8 ساعت تشکیل شده و باعث افزایش سختی از 200 ویکرز تا HV0.25 1109 شد. آزمون پین روی دیسک روی نمونه¬های بدست آمده انجام شد و با اندازه¬گیری ضریب اصطکاک، مقدار میانگین آن با کاهش 86 درصدی از 12/1 به 16/0 کاهش یافت. با توجه به تشکیل ترک در حین نیتروژن¬دهی پلاسمایی، مقاومت به خوردگی لایه نیترید کرومی نسبت به لایه نازک کروم کاهش یافت. هم¬چنین وجود زوج گالوانیکی بر روی سطح عاملی دیگر برای کاهش مقاومت به خوردگی شناسایی شد. رابطه آرچارد به عنوان رابطه اساسی در پیش¬بینی مقدار نرخ سایش قطعات شناخته شده است. اصلی¬ترین ضعف این رابطه نادیده گرفتن شرایط سطحی و تاثیر عملیات اصلاح سطحی بر روی نرخ سایش و هم¬چنین در نظر گرفتن فقط یک سطح است. در پژوهش پیش¬رو، اصلاح رابطه آرچارد با در نظر گرفتن شرایط سطحی به¬وسیله پارامترهای سطحی همانند زبری سطح، ضریب پهن¬شدگی و ضریب اریب بودن انجام شد و اعتبار رابطه اصلاح شده با نتایج تجربی به¬دست آمده مورد ارزیابی و سنجش قرار گرفت. برای این منظور فاکتور سایش به عنوان تابعی از احتمال برخورد قله¬های موجود در دو سطح، تغییرشکل مومسان مورد نیاز جهت کنده شدن قله¬ها از سطح، اندازه ذرات جدا شده از سطح و سطوح جدید به¬وجود آمده در نظر گرفته شد و در نهایت، اصلاح تجربی رابطه آرچارد با در نظر گرفتن سختی سطح سخت، زبری سطح و زاویه ناهمواری¬های میکروسکوپی سطح اعمال شد.

Text of Note

Application of titanium in the space structures are increasing due to the low density and high strength to weight ratio of titanium, but with regarding the poor wear behavior of titanium, improving the wear resistance of it is necessary to avoid the cold weld and locking of the joint mechanisms. For avoiding occurring the cold weld, products of corrosion, scratch due to the low adherence and wear particles should be avoided. For this aim, tribological properties including corrosion resistance (chemical parameters), adhesion resistance, surface hardness and wear resistance (physical parameters) must be improved. Therefore, in this study, the chromium nitride thin film synthesized on the pure titanium substrate by using hybrid coatings methods and the tribological characterization had been conducted to evaluate the performance of the achieved layer. In this study, it is tried to keep the thickness of the chromium layer low enough for diffusing nitrogen atoms effectively during the plasma nitiding. For this aim, first chromium layer was applied at 30, 40, 50 and 60 A/dm2 within 15, 30 and 60 minutes. By controlling the achieved thickness of 3.7 um at of 30 A/dm2 and 15 minutes, the optimum condition was determined. Also, nitride layer was applied at 500, 550 and 600oC within 4 hours under atmosphere of N2:H2 ratio of 3:1. The chromium electroplating and plasma nitriding was employed to obtained proper chromium nitride thin film. Chromium crack free coating was obtained by electroplating method using 30 A/cm2 within 15 minutes and plasma nitriding was applied at 600oC for 4 and 8 hours. Studying the phase formation revealed that Cr2N is the determined phase on the surface of the substrate nitrided for 8 hours and surface microhardness reaches from 200 HV0.25 to 1109 HV0.25. Pin on disk test was conducted and the average fiction coefficient decreased about 86 % from 1.12 to 0.16. Due to the formation of crack within the plasma nitriding process the corrosion resistance of the chromium nitride layer decreased in comparison of pure chromium thin layer. Also, coupling phases cause the galvanic corrosion in the surface of the coated samples. Archard equation is the basic relationship that is used to describe and predict the wear behavior of the parts. The main drawback of this equation is to neglect the surface modifications and limit the role of the surface condition to the value of the soft surface hardness to obtain the wear rate. In this study, the correction has been applied to this equation and considered the impression of the surface condition and parameters like roughness, kurtosis factor, and skewness after surface modification with the diffusive feature, and proposed correction has been examined by experimental results. For this aim, wear coefficient was considered as a function of probability of contact of asperities of two contact surface, plastic deformation for removing the asperities from the surface, the dimension of the separated particles and newly obtained surfaces within the wear process. Finally, the experimental correction of the Archard equation was applied by considering the hardness of hard surface contact, surface roughness, and slope angle value.

Variant Title

Study the Effect of Physical Parameters of Applied Chromium Nitride Layer on the Joint Mechanism to Avoid Cold Weld in Space Conditions

Entry Element

‏‏ تقی زاده تبریزی ،

Part of Name Other than Entry Element

‏ آروین

Relator Code

تهيه کننده

Entry Element

‏‏ آقاجاني ،

Entry Element

‏‏ ثقفیان ،

Entry Element

‏ فرهنگ لاله،

Part of Name Other than Entry Element

‏ حسین

Part of Name Other than Entry Element

‏ حسن

Part of Name Other than Entry Element

‏ فرهاد

Dates

استاد راهنما

Dates

استاد مشاور

Dates

استاد مشاور

Entry Element

‏ تبریز