نشریه علمی پژوهشی مواد پیشرفته در مهندسی

صفحات دوقطبی فولاد زنگ‌نزن گزینه‌ای مناسب جهت به کارگیری در پیل سوختی پلیمری هستند، لیکن با توجه به دمای کاری 80 درجه سانتی‌گراد و محیط اسیدی و خورنده پیل سوختی پلیمری، برای افزایش پایداری و عمر مفید صفحات دوقطبی فلزی نیاز است تا سطح آنها با اعمال پوشش‌های هادی الکتریسیته و مقاوم به خوردگی محافظت شود. در این پژوهش، با اعمال پوشش‌هایNi–Mo  و Ni–Mo–P به روش رسوب‌دهی الکتریکی بر صفحه دوقطبی فولاد زنگ‌نزن L‌316، مقاومت به خوردگی بهبود و تشکیل لایه‌های اکسیدی روی سطح زیرلایه که عامل افزایش مقاومت الکتریکی است، کاهش یافته و عملکرد صفحات دوقطبی پیل بهبود یافت. بررسی‌های انجام شده شامل مطالعات ریزساختاری و فازی برای بررسی ترکیب پوشش‌های اعمالی، آزمون ولتامتری سیکلی جهت بررسی رفتار الکتروشیمیایی، آزمون ترشوندگی سطح پوشش‌ها جهت تعیین میزان آبگریزی، آزمون مقاومت تماسی برای تعیین مقاومت الکتریکی پوشش و آزمون پلاریزاسیون پیل سوختی جهت بررسی عملکرد صفحات دوقطبی در شرایط کاری در یک سلول پیل سوختی است. درنهایت نتایج نشان دادند که پوشش‌های فوق به‌طور مؤثری خوردگی و مقاومت الکتریکی تماسی فولاد زنگ‌نزن  را کاهش دادند.

در این پژوهش، پوشش‌های کامپوزیتی  Ni-Mo-Al₂O₃روی زیرلایه فولادی کربن متوسط به‌روش رسوب‌دهی الکتریکی در یک حمام سیتراته شامل ذرات میکرونی  Al₂O₃تولید شدند. سپس اثر غلظت ذرات در حمام (از گستره صفر تا 30 گرم بر لیتر) بر مورفولوژی، ترکیب شیمیایی، ریزسختی و مقاومت به خوردگی پوشش‌های تولیدی بررسی شد. جهت بررسی ریزساختار، مورفولوژی سطحی و همچنین توزیع ذرات در پوشش‌ها از میکروسکوپ‌های نوری و الکترونی روبشی و آزمون‌ کمی طیف‌سنجی تفکیک انرژی استفاده شد. رفتار خوردگی پوشش‌های تولیدی در محلول 5/3 درصد وزنی نمک طعام بررسی شد. نتایج نشان داد که حضور ذرات اکسید آلومینیوم در پوشش مورفولوژی پوشش‌های Ni-Mo را تغییر می‌دهد و علاوه بر این باعث افزایش سختی و مقاومت به خوردگی پوشش‌های آلیاژی Ni-Mo می‌شود. همچنین مشخص شد که پوشش‌های تولیدی در غلظت ذرات 20 گرم بر لیتر در حمام دارای مورفولوژی مناسب و بدون حفره بوده و نیز دارای بیشترین سختی و مقاومت به خوردگی در بین پوشش‌های تولیدی هستند.

با پیشرفت در زمینه توسعه مواد زیستی جایگزین بافت‌های بدن، توجه محققین به بهبود ویژگی‌های کاشتنی‌ها در زمینه پزشکی و کلینیکی افزایش یافته است. در این راستا، با وجود ویژگی‌‌های قابل قبول فولاد زنگ‌‌نزن، کاربرد این ماده به‌عنوان کاشتنی به‌دلیل رفتار خوردگی به نسبت ضعیف، محدود شده است. هدف از این پژوهش، ساخت پوشش نانوکامپوزیتی آبگریز پلی‌‌دی‌‌متیل- سیلوکسان (PDMS)- اکسید سیلیسیم (SiO₂)-اکسید مس(CuO) بر زیرلایه فولاد زنگ‌‌نزن گرید پزشکی(L316) به‌منظور بهبود رفتار خوردگی و زیست‌سازگاری آن است. در این راستا، با استفاده از روش پوشش‌‌دهی غوطه‌‌وری، سطوح ورق‌‌های فولادی با استفاده از نانوذرات اکسید سیلیسیم (20 درصد وزنی پلیمر دی‌متیل سیلوکسان)، مقادیر مختلف از نانوذرات اکسید مس (0، 5/0، 1 و 2 درصد وزنی) و پلیمر زیست‌‌سازگار پلی‌‌دی‌‌متیل‌‌سیلوکسان پوشش داده شد. آزمون‌‌های پراش پرتو ایکس و میکروسکوپی الکترونی روبشی به‌منظور ارزیابی پوشش‌‌ها و پودرهای سنتز شده استفاده شد. همچنین، تغییرات زبری سطح و زاویه ترشوندگی پوشش‌‌های حاوی مقادیر مختلفی از نانوذرات اکسید مس و در پایان، تأثیر مقادیر مختلفی از اکسید مس بر رفتار خوردگی پوشش‌‌های نانوکامپوزیتی مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج پراش پرتو ایکس حضور فاز کریستالی نانوذرات اکسید مس را بر زیرلایه اثبات کرد. به‌دلیل طبیعت آمورف نانوذرات سیلیکا و نیمه‌کریستالی پلیمر پلی‌‌دی‌‌متیل- سیلوکسان، هیچ قله‌‌ای مبنی بر تأیید حضور این اجزا مشاهده نشد. تصاویر میکروسکوپی الکترونی روبشی حضور یک لایه پوشش با مورفولوژی نیلوفر آبی را در نمونه‌‌های حاوی یک و دو درصد اکسید مس روی سطح نشان می‌‌دهد. همچنین، نتایج ارزیابی زاویه ترشوندگی نشان داد که سطح بدون حضور نانوذرات اکسید مس دارای زاویه ترشوندگی 5±81 درجه است و با افزودن نانوذرات اکسید مس تا یک درصد وزنی به بیش از 5±146 درجه رسید. همچنین نتایج آزمون خوردگی در محلول شبیه‌سازی شده بدن نشان داد که نمونه حاوی دو درصد اکسید مس با چگالی جریان خوردگی ^7-E1/2 آمپر بر سانتی‌‌متر‌‌ مربع و پتانسیل خوردگی 22/0 ولت دارای بیشترین مقاومت به خوردگی در بین نمونه‌‌ها است.

- دی سولفید مولیبدن (MoS₂) یکی از رایج‌ترین پوشش‌های روانکار جامد است. در این تحقیق پوشش­‌های کامپوزیتی MoS₂-Cr به‌روش کندوپاش مغناطیسی جریان مستقیم، روی فولاد AISI1045 عمال شد. نسبت کروم در پوشش با استفاده از تارگت‌های مختلف کنترل شد. پوشش‌ها با استفاده از پراش پرتو ایکس (XRD)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، طیف‌سنجی پراش انرژی پرتو ایکس (EDX) و نانوفرورونده و نانوخراش مشخصه‌یابی شد. نتایج نشان داد که ضخامت و سختی پوشش‌های ایجاد شده به‌ترتیب 6 میکرومتر و 1300-850 ویکرز بود. حضور کروم در پوشش MoS_x باعث بهبود چسبندگی و افزایش سختی پوشش می‌شود. میزان بلورینگی ساختار با افزایش میزان کروم کاهش می‌یابد. مقدار بهینه افزودن کروم برای ایجاد بهترین خواص سایشی پوشش‌های MoS₂-Cr، 13 درصد اتمی تعیین شد. سایش ورقه‌ای و تریبوشیمی و خراشان با مکانیزم خیش ریز به‌عنوان مهم‌ترین مکانیزم‌های حاکم در سایش پوشش تعیین شد.

در این پژوهش، تغییرات زبری سطح سوپرآلیاژ Rene80 پوشش­داده شده توسط پلاتین آلومیناید، تحت تأثیر مشخصه­ های ریزساختار و ترکیب شیمیایی پوشش بررسی شده است. بدین منظور لایه پلاتین با ضخامت­ های 2، 4، 6 و 8 میکرومتربه‌روش رسوب­دهی الکتریکی ایجاد و سپس پوشش نفوذی آلومینیم به دو روش دما بالا- اکتیویته پایین و دما پایین- اکتیویته بالا روی سطح اعمال شد. در ادامه عملیات حرارتی پیرسازی روی آلیاژ پوشش­دار انجام گرفت. نتایج بررسی­ های ساختاری توسط میکروسکوپ الکترونی و آنالیز پراش اشعه ایکس، نشان­دهنده وجود ساختار سه لایه­ ای در تمامی ضخامت­ ها از پلاتین و در دو روش آلومینایزینگ بود. زبری سطح در سه مرحله و بعد از 1- اعمال لایه پلاتین 2- عملیات حرارتی این لایه و 3- فرایند آلومینایزینگ و پیرسازی، اندازه­گیری شد. نتایج بیانگر رابطه مستقیم افزایش زبری سطح با افزایش ضخامت پلاتین و ضخامت نهایی پوشش بوده است، به نحوی که کمترین زبری در ضخامت دو میکرومتر از پلاتین و در حالت اکتیویته پایین- دما بالا به میزان 6/2 میکرومتر و بیشترین زبری سطح در ضخامت 8 میکرومتر از پلاتین و در حالت اکتیویته بالا- دما پایین و به میزان 8/8 میکرومتر مشاهده شد.

در سال‌های اخیر گرافن به‌دلیل خواص منحصر به‌فردی چون هدایت الکتریکی بسیار بالا، استحکام مکانیکی بالا، ساختار متخلخل برای تبادل مواد مغذی و مواد زائد، زیست‌سازگاری، امکان بارگذاری دارو، متغیرهای رشد و ... در مهندسی بافت‌های مختلف از جمله در ساخت کانال هدایت عصبی مورد توجه قرار گرفته است. در این پژوهش، ساخت کانال هدایت عصبی بر پایه گرافن سه‌بعدی به‌روش رسوب شیمیایی بخار با گرمایش القایی (ICVD) دنبال شد. گرافن در دمای 1080 درجه سانتی‌گراد روی فوم نیکلی سنتز و نمونه‌ها با استفاده از آنالیز رامان و میکروسکوپ الکترونی روبشی مشخضه‌یابی شدند. آنالیز رامان نمونه‌ها نشان داد که گرافن سنتز شده به‌صورت گرافن چندلایه‌ توربواستراتیک با عیب‌های بسیار کم است. به‌منظور حذف نیکل از سایکلودودکان به‌عنوان لایه محافظ استفاده شد. بعد از حذف نیکل، گرافن سه‌بعدی به‌دست آمده با استفاده از روش قطره‌ای و غوطه‌وری در محلول پلیمری پلی‌کاپرولاکتون پوشش داده و کانال هدایت عصبی به‌صورت کامپوزیتی از گرافن سه‌بعدی در هسته و پوشش پلیمری پلی‌کاپرولاکتون ساخته شد. مقایسه خواص الکترومکانیکی کانال هدایت کامپوزیتی با کانال پلیمری پلی‌کاپرولاکتون نشان داد که ابتدا حضور گرافن سه‌بعدی باعث افزایش هدایت الکتریکی کانال هدایت کامپوزیتی شده و انتظار می‌رود که ‌این امر بهبود فرایند ترمیم عصب و رشد آکسون‌ها را به‌دنبال داشته باشد. سپس استحکام مکانیکی و انعطاف‌پذیری آن در مقایسه با کانال هدایت پلی‌کاپرولاکتون افزایش یافته است.

هدف از انجام پژوهش حاضر، بررسی اثر تعداد پاس جوش روی ریزساختار، سختی و تنش‌های باقی‌مانده پوشش‌های کامپوزیتی حاوی ترکیبات بین‌فلزی Ti-Al-Si است. در این ارتباط، عملیات پوشش‌دهی سطحی تیتانیم خالص با استفاده از فرایند قوس تنگستن-گاز محافظ و سیم‌جوش آلومینیوم (۴۰۴۳) در یک و دو پاس انجام شد. بررسی‌های فازی و ساختاری پوشش‌ها، توسط روش پراش پرتو ایکس، میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی صورت گرفت. مقادیر ریزسختی و تنش‌های باقی‌مانده در پوشش‌ها به‌ترتیب توسط دستگاه ASTM E384-HV و روش Sin²ψ محاسبه شد. نتایج نشان داد که، با افزایش تعداد پاس جوش یا کاهش میزان رقت، کسر حجمی فازهای بین‌فلزی Ti₅Si₃-Al₃Ti در منطقه ذوب افزایش، کسر حجمی فاز مارتنزیت در منطقه متأثر از حرارت کاهش و به‌دنبال آن متوسط سختی پوشش حدود ۱۳۰ درصد نسبت به سختی زیرلایه تیتانیم خالص افزایش یافت. نتایج تعیین تنش‌های باقی‌مانده در پوشش‌ها حاکی از ایجاد تنش باقی‌مانده کششی برابر با ۳۰ ± ۱۶۵ و ۳۵ ± ۲۱۰ مگاپاسکال در خط مرکزی جوش، به‌ترتیب برای پوشش‌های تهیه شده در یک و دو پاس جوش است.

در این پژوهش، یک نوع پوشش نانوکامپوزیت هیبریدی معدنی- آلی سازگار با محیط ‌زیست بر پایه دی‌اکسید سیلیسیوم محتوی نانوذرات هسته/ پوسته دی‌اکسید تیتانیوم/ دی‌اکسید سیلیسیم، برای حفاظت از کاشی‌کاری‌‌های نما در ابنیه تاریخی تهیه و مشخصه‌یابی شد. در تهیه زمینه کامپوزیت به‌روش سل- ژل، با استفاده از دو شیوه فراصوت‌دهی و تقطیر بازگشتی، از تترااتوکسی ‌سیلان و پلی‌ دی‌متیل ‌سیلوکسان منتهی ‌به ‌هیدروکسی به‌ترتیب برای ایجاد زمینه‌ای از دی‌اکسید سیلیسیم و خلق ویژگی آب‌گریزی استفاده شد. نانوذرات دی‌اکسید تیتانیوم به‌صورت هسته/پوسته دی‌اکسید تیتانیوم/ دی‌اکسید سیلیسیم به‌عنوان جاذب پرتوی فرابنفش به‌کار رفتند. نانوکامپوزیت تهیه شده به‌روش غوطه‌وری روی لام میکروسکوپ و کاشی پوشش داده شد. خواص نانوذرات و پوشش‌ها‌ی حاصل با بهره‌گیری از آزمون‌های پراش‌ پرتوی ایکس (XRD)، طیف‌سنجی ‌مادون قرمز ‌تبدیل ‌فوریه (FTIR)، میکروسکوپ‌ ‌الکترونی‌ عبوری (TEM) و آزمون آب‌گریزی بررسی شدند. نتایج نشان دادند که تشکیل ساختار هسته/پوسته دی‌اکسید تیتانیوم/ دی‌اکسید سیلیسیم موفقیت‌آمیز بوده است. بررسی تأثیر مقدار پلی‌ دی‌متیل ‌سیلوکسان بر شفافیت، پیوستگی و آب‌گریزی پوشش نشان داد که مقدار بهینه این سیلوکسان در حدود 20 درصد وزنی است. بنا بر نتایج، نانوکامپوزیت‌های هیبریدی بر پایه دی‌اکسید سیلیسیم تقویت شده با نانوذرات هسته/پوسته دی‌اکسید تیتانیوم/ دی‌اکسید سیلیسیم می‌توانند پوشش‌های شفاف و آب‌گریز برای حفاظت کاشی و شیشه ایجاد کنند.

پوشش‌های کاربیدی به‌علت خواص ضدسایشی بسیار خوب، برای افزایش طول عمر قالب‌های آهنگری گرم و سرد و به‌طور کلی ابزارآلاتی که در معرض نیروهای سایشی قرار دارند، استفاده می‌شوند. امروزه، فرآیندهای گوناگونی جهت تولید پوشش‌های کاربیدی به‌کار گرفته می‌شوند که یکی از آنها روش نفوذ واکنشی حرارتی (TRD) با استفاده از حمام نمک مذاب است. از جمله مزایای این روش نسبت به سایر روش‌های پوشش‌دهی، داشتن صرفه اقتصادی است. در این تحقیق، پوشش‌های کامپوزیتی کاربیدی روی فولادهای ابزار SKD-11 و T10 در دمای 1000 درجه سانتی‌گراد، با استفاده از حمام مخلوط اکسید کروم و اکسید وانادیم با نسبت مولی کروم به وانادیم برابر 0/66 و سپس حمام منفرد اکسید وانادیم تشکیل شد. نتایج آنالیز فازی نشان داد که پوشش‌ها حاوی فازهای کاربید کروم با ترکیب: CrC،وCr₇C₃ و Cr₂₃C₆ و همچنین فازهای کاربید وانادیم با ترکیب: VC،وVC_0.88،وV₆C₅ و V₈C₇ و یک فاز سه‌تایی با ترکیب Cr₂C₂V هستند. نتایج نشان داد که بهترین میزان سختی (HVو2020-1890) و کمترین مقدار ضریب اصطکاک (0/14) مربوط به پوشش کاربیدی ایجاد شده روی فولاد T10 در حمام دوم اکسید وانادیم است. 

 نانوذرات مغناطیسی در گستره‌ وسیعی از زمینه‌های علمی از قبیل سیالات مغناطیسی، کاتالیزورها، بیوتکنولوژی، پزشکی، ذخیره اطلاعات و اصلاح محیط زیست مورد توجه محققان هستند. یکی از این کاربردها مهم آنها درمان پزشگی است. اگرچه نانوذرات مغناطیسی فریت اسپینلی بعلت خواص مغناطیسی مطلوب برای اینگونه کاربردها مناسب هستند، اما عدم زیست‌سازگاری و تمایل به تشکیل آگلومره این نانوذرات در محلول‌های آبی، در این رابطه مشکل ساز است. یک روش مؤثر برای حذف یا به حداقل ‌رساندن این مشکل، استفاده از برخی پوشش‌ها است. در این تحقیق، ابتدا نانوفریت‌های اسپینل آهن (FeFe₂O₄) و همچنین روی (ZnFe₂O₄) به روش همرسوبی معکوس و در حضور گاز نیتروژن سنتز شده و تشکیل فازهای مورد نظر توسط آزمون پراش اشعه ایکس تأیید شد. رفتار مغناطیسی ذرات توسط مغناطیس‌سنج ارتعاشی تعیین شد. همچنین برای تعیین مورفولوژی و توزیع اندازه ذرات به‌ترتیب از میکروسکوپ الکترونی گسیل میدانی و آزمون پراکندگی نور دینامیکی استفاده شد. نتایج طیف‌سنجی مادون قرمز با تبدیل فوریه نشان داد که دو باند ʋ₁، ʋ₂ در فرکانس بالا و به‌ترتیب در cm^-1و578-554 و cm^-1و397-368 قرار دارد که هر دو مشخصه ساختار اسپینل هستند. سپس نانوذرات مغناطیسی فریت آهن توسط پلیمرهای تخریب‌پذیر کیتوسان و پلی‌اتیلن گلیکول پوشش داده شدند. بررسی تصاویر میکروسکوپی الکترونی عبوری و همچنین مشاهده طیف‌های مادون قرمز با تبدیل فوریه از نانوذرات پوشش داده شده، نشان داد که نانوذرات FeFe₂O₄ با مورفولوژی کروی شکل، پوشش‌دهی یکنواختی از پلیمرها بر روی آنها تشکیل شده است.