بخشی از مقاله
چکیده
نیتروژن دهی پلاسمایی یکی از فرایندهای اصلاح ساختار سطوح فلزات میباشد که موجب بهبود مقاومت سایشی، خوردگی و خستگی قطعات صنعتی شده و در نتیجه منجر به افزایش عمر و کارایی بهتر آنها میشود. این مقاله به تاثیر ترکیب گاز عملیاتی بر فرایند نیتروژندهی پلاسمایی پالسی می پردازد .کلیه خواص سطوح نمونه های عملیات شده به کمک آزمایش های متالوگرافی، سختی سنجی، ریز سختی سنجی، میکروسکوپ الکترونی روبشی و آنالیز تفرق اشعه ایکس مورد بررسی و مقایسه قرار گرفتند.
در این روش که تحت شرای دیواره گرم و دمای 520 درجه سانتیگراد انجام شد، با افزایش درصد نیتروژن، زبری، ضخامت لایه ترکیبی و لایه نفوذی افزایش می یابد . همچنین با افزایش نیتروژن اتمسفر نرخ سایش، میانگین ضریب اصطکاک افزوده شده و سختی و مقاومت به سایش کاهش یافته است. در نهایت ساختار سطوح و فازهای تشکیل شده در سطوح در شرای مختلف اتمسفری مورد بررسی قرار گرفت و با هم مقایسه شدند.
پلاسمایی یکی از روشهای پیشرفته اصلاح سطحی است که در سالهای اخیر بطور وسیعی در صنعت مورد استفاده قرار گرفته است . این فرایند بر خلاف روشهای متداول نیتروژندهی مانند نیتروژندهی در حمامهای سیانیدی مذاب و غیره از نظر زیست محیطی ایمن بهشمار میآید و بهعنوان یک روش سخت سازی سطحی مدرن در مقیاس وسیع در صنایع مرتی با فولاد، ریختهگری آهن و دیگر تولیدات آهنی مورد استفاده قرار میگیرد
-2 نیتراسیون سطحی باعث افزایش مقاومت سایشی، استحکام خستگی، سختی سطحی و مقاومت خوردگی قالبهای صنعتی میشود
. 3 مکانیزم اصلی عملیات، واکنش مابین پلاسما و سطح فلز میباشد که وابسته به ترکیب فولاد و پارامترهای فرایند بر روی تشکیل ضخامت لایه ترکیبی و منطقه نفوذی تاثیر میگذارد
. 4 بهدست آوردن پارامترهای موثر و بهینه فرایند نیتروژن-دهی پلاسمایی پالسی برای بسیاری از صنایع حساس مهم میباشد
. 5 پارامترهای مناسب و بهینه فرایند منجر به تولید سطوحی با ویژگیهای مکانیکی مناسب مانند سایش، مقاومت خوردگی و خستگی بالا میشود و هم چنین این پوششها میتوانند بهعنوان یک محافظ و زیرلایه مناسب برای پوشش بعدی - PAVCD - در نظر گرفته شود . 7-6 با کنترل پارامترهای فرایند میتوان لایه نیتریدی با ضخامت کنترل شده و یا حتی بدون لایه سفید را تولید کرد، زیرا در بعضی از کاربردها حذف لایه سفید منجر به افزایش مقاومت به سایش قطعه میشود
تحقیقات زیادی برای بهبود سختی، زبری، نرخ سایش، ضخامت لایه ترکیبی و فازهای ایجاد شده انجام شده است، در این تحقیقات از ترکیب گاز بهعنوان یکی از عوامل تأثیرگذار بر نتایج فرایند نیتروژندهی پلاسمایی یاد شده است. هدف اصلی در این پژوهش مطالعه و بررسی تأثیر ترکیب گاز عملیاتی فرآیند نیتروژندهی پلاسمایی بر خواص سایشی فولاد است.
مواد و روش تحقیق
نمونهها بهصورت دیسکی شکل با ضخامت 8 میلیمتر و قطر 20 میلیمتر از جنس فولاد AISI H13 تهیه شدند. بعد از آماده شدن نمونهها، آنها را در دمای 1030 œC بهمدت 1 ساعت آستنیته کرده و بلافاصله در روغن کوئنچ شدند و جهت جلوگیری از هرگونه تغییر در ساختار فولاد هنگام نیتروژندهی پلاسمایی، دمای تمپر بالاتر از دمای نیتروژندهی در نظر گرفته شد و نمونهها در دمای 530 °C بهمدت 1 ساعت تمپر شد.
سختی نمونهها
52 راکول سی شد. سپس سطح نمونهها با استفاده از روشهای متالوگرافی بهمنظور ایجاد سطوح صاف برای عملیات نیتروژن-دهی، سنباده و پولیش شد. جهت انجام عملیات نیتروژندهی از دستگاه نیتروژندهی پلاسمایی که در دانشگاه صنعتی امیرکبیر طراحی و ساخته شده که در شکل 1 نشان داده شده است، استفاده شد. برای ایجاد پلاسما و تخلیه تابان، یک منبع تغذیه DC با توان 5 kW بهکار گرفته شد.
عملیات نیتروژندهی پلاسمایی تحت شرای دمایی 520 درجه سانتیگراد و در مدت زمان 10 ساعت انجام شد. همچنین فرکانس 10 کیلوهرتز و چرخه کاری 70 و دیواره گرم با دمای 420 درجه سانتیگراد انتخاب گردید. ترکیب گاز - پارامتر متغیر فرایند - ، در 2 حالت 70:30=N2:H2 و 25:75=N2:H2 بررسی شد.
نتایج و بحث
با توجه به تصاویر SEM در شکل 2 ،میتوان مشاهده کرد که سطح نمونههای نیتروژندهی پلاسمایی شده با ذرات نیتریدی گلکلمی پوشیده شده است. با افزایش گاز نیتروژن در ترکیب گاز عملیاتی، بهعلت افزایش یون و اتمهای نیتروژن، تعداد رسوبات نیتریدی افزایش مییابد، این رسوبات بههم میچسبند و ذرات بزرگتری را تشکیل میدهند.
در واقع با افزایش درصد نیتروژن، اندازه رسوبات تشکیل شده بزرگتر و سطح ناهموارتر شده است، که این امر در آزمون زبریسنجی ثابت شده است. با توجه با این تصاویر مشاهده میشود که اندازه ذرات نیتریدی گل کلمی شکل در نمونه ی با ترکیبات گازی 70:30=N2:H2 بزرگتر و در نمونه با ترکیبات گازی 25:75=N2:H2 کوچکتر است.
