نشریه علمی پژوهشی مواد پیشرفته در مهندسی

- 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.

پلیمر پلی­‌اورتان نقش مهمی در مراقبت‌­های بهداشتی دارد و به‌طور گسترده در دستگاه­‌ها و ابزارهای پزشکی مورد استفاده قرار می­گیرد. با این حال، هنوز زیست­سازگاری پایین و تشکیل بیوفیلم در سطح آن، موضوعی چالش برانگیز است. اصلاح ترشوندگی سطح روشی مؤثر برای افزایش زیست­سازگاری سطح پلیمر­های دارای خواص توده مطلوب است. در این مطالعه، اصلاح سطح صفحات پلی­اورتان توسط لایه نازک پلی­اتیلن گلیکول و به دام افتادن نانوذرات دی‌اکسید تیتانیوم در پلیمر به‌کمک تغییر ساختار فیزیکی و شیمیایی سطح به‌منظور افزایش زیست­سازگاری انجام گرفت. خواص فیزیکوشیمیایی سطوح اصلاح شده با استفاده از طیف‌سنجی تبدیل فوریه مادون قرمز (FTIR)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، آنالیز پراش انرژی پرتو ایکس(EDX) و اندازه‌گیری زاویه تماس و انرژی آزاد سطح مشخص شد. زیست­سازگاری سطوح اصلاح شده با استفاده از آزمون سمیت MTT بر سلول­های سرطانی دهانه رحم، چسبندگی باکتریایی­‌ها و بررسی تشکیل بیوفیلم و سنجش جذب پروتئین به‌روش برادفورد مورد بررسی قرار گرفت. یک لایه نازک قابل اتوکلاو و ارزان با ساختار دارای زبری چندگانه و پایدار به‌طور کووالان روی سطح صفحات پلی­اورتان برای کاربردهای زیستی و پزشکی ایجاد شد. نتایج نشان می­دهد که به‌غیر از فعالیت‌­های ضد باکتریایی، نمونه اصلاح شده نیز توانایی کاهش تشکیل بیوفیلم را دارد به‌طوری‌که حداکثر مهار بیوفیلم در 24 ساعت اول 94 درصد بیشتر از نمونه اصلاح نشده است.

فولاد زنگ‌نزن فریتی Crofer 22 APU به‌عنوان ماده‌ای مناسب برای ساخت اتصال‌دهنده در پیل‌های سوختی اکسید جامد مورد استفاده قرار می‌گیرد. از مشکلات مهم این فولاد، افزایش مقاومت الکتریکی و تبخیر کروم از آن در دمای بالاست. به‌منظور رفع این مشکلات می‌توان از یک لایه پوشش محافظ روی آن استفاده کرد. در این پژوهش، از پوشش کامپوزیتی کبالت/اکسید ایتریم تشکیل شده به‌روش آبکاری الکتریکی استفاده شد. سپس مقاومت به اکسیداسیون و مقاومت الکتریکی نمونه‌های پوشش‌دار و بدون پوشش مورد بررسی قرار گرفت. به‌منظور بررسی اثر اکسیداسیون روی ریزساختار و ترکیب نمونه‌ها، از آنالیزهای میکروسکوپی الکترونی روبشی و پراش پرتو ایکس استفاده شد. نتایج نشان داد نرخ اکسیداسیون نمونه بدون پوشش پس از 500 ساعت اکسیداسیون در هوا در 800 درجه سانتی‌گراد حدود چهار برابر نرخ اکسیداسیون نمونه پوشش داده شده است. تشکیل ترکیبات اسپینلی Co₃O₄ وMnCo₂O₄  روی نمونه پوشش‌دار هدایت الکتریکی را بهبود داد. مقدار مقاومت ویژه سطحی نمونه پوشش‌دار و بدون پوشش بعد از 500 ساعت اکسیداسیون به‌ترتیب برابر 8/15 و 9/25 میلی‌اهم بر سانتی‌متر مربع اندازه‌گیری شد.

در این مطالعه، مکانیزم تشکیل پوشش بورایدی و سینتیک تشکیل آن روی سوپر آلیاژIn–738  به‌روش نفوذی جعبه سمانتاسیون مورد بررسی قرار گرفت. فرایند بوردهی در دمای 900 درجه سانتی­گراد و در زمان‌های مختلف کوتاه (5، 15، 45 و 60 دقیقه) انجام شد. فاز‌شناسی سطح نمونه ­ها به‌کمک الگوی پراش پرتو ایکس (XRD) پس از بوردهی نشان داد علاوه بر فاز Ni₃B ابتدا بورایدهایی مانند Cr₅B₃، AlB₂ و W₂B و سپس در زمان­های بیشتر بوردهی ترکیبات مانند MoB₂، VB، TiB، Ni₆Si₂B وMo₂NiB₂  تشکیل شدند. با بررسی تصاویر میکروسکوپی الکترونی روبشی (SEM) مشخص شد که با افزایش زمان بوردهی علاوه بر افزایش ضخامت پوشش بورایدی، منطقه تحتانی پوشش تحت نفوذ (IDZ) و مهاجرت عناصر آلیاژی رشد کرد. بررسی سینتیک فرایند بوردهی با اصول تئوری نفوذ در انطباق بود و تأیید کرد که مکانیزم نفوذ در منطقه تحتانی پوشش تحت نفوذ در دو بازه زمانی تغییر می­کند. ضخامت پوشش بورایدی و سختی سطح نمونه بوردهی شده پس از 60 دقیقه به‌ترتیب برابر 8/27 میکرومتر و 853 ویکرز بود.

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 این پژوهش، لایه نازک نانوکامپوزیتی فلورید منیزیم- سیلیکا(دو درصد وزنی)/فلورید منیزیم روی زیرلایه شیشه ­ای اعمال شد. به‌منظور رسیدن به خواص ضد بازتابی، ابتدا لایه ­های نازک فلورید منیزیم با ضخامت اپتیکی روی زیرلایه شیشه ­ای پوشش ­دهی شد و سپس لایه ­نشانی لایه نازک نانوکامپوزیتی MgF₂-2%SiO₂ صورت گرفت. درنهایت اصلاح ­سازی سطح به‌کمک محلول PFTS انجام شد. مشخصه­ یابی لایه نازک با استفاده از روش‌های پراش­سنجی پرتو ایکس، طیف‌سنجی بازتاب کلی تضعیف ‌شده مادون قرمز با تبدیل فوریه، طیف‌سنجی مرئی- فرابنفش و میکروسکوپی نیروی اتمی انجام شد. همچنین خواص آبگریزی نمونه توسط اندازه‌گیری زاویه تماس آب بررسی شد. نتایج به‌دست‌آمده نشان داد لایه ­نشانی لایه ‌نازک فلورید منیزیم شش لایه بر دو طرف زیر­لایه شیشه ­ای منجر به افزایش عبور تا 4/96 درصد شده است. برای شیشه پوشش داده شده با لایه نازک نانوکامپوزیتی MgF₂-2%SiO₂، میزان عبور به‌مقدار 4/94 درصد کاهش یافته که نسبت به شیشه خام عبور بالاتری را حاصل کرده است. همچنین آنالیز اندازه‌گیری زاویه تماس آب مشخص کرد که زاویه تماس قطره آب روی شیشه پوشش داده شده با لایه نازک نانوکامپوزیتی MgF₂-2%SiO₂ کاهش می ­یابد. از طرفی زاویه تماس قطره آب روی شیشه پوشش­ داده­ شده با لایه نازک نانوکامپوزیتی MgF₂-2%SiO₂ اصلاح شده با PFTS، تا حد 119 درجه افزایش یافت. لذا لایه نازک نانوکامپوزیتی  MgF₂-2%SiO₂ می­تواند به‌عنوان پوشش ضد بازتاب و خودتمیز شونده روی سطح قطعات اپتیکی مورد استفاده قرار گیرد.

 یکی از مؤثرترین راه ­ها برای بهبود مقاومت به اکسیداسیون اتصال دهنده­ های مورد استفاده در پیل‌های سوختی اکسید جامد، اعمال یک لایه پوشش رسانای محافظ است. در این پژوهش، فولاد فریتیCrofer 22APU در یک مخلوط پودر پایه تیتانیوم به‌روش سمانتاسیون فشرده پوشش داده شد. ترکیب پودر برای پوشش‌دهی تیتانیوم به صورت20 درصد وزنی Ti، 5 درصد وزنی NH₄Cl به‌عنوان فعال‌کننده و 75 درصد وزنی Al₂O₃ بود. بهینه دما و زمان برای دست­یابی به بهترین کیفیت پوشش از لحاظ چسبندگی و عدم تخلخل 800 درجه سانتی‌گراد به‌مدت زمان هفت ساعت بود. پوشش تیتانایز حاصل شامل فاز­های TiFe، TiFe₂ و TiCr₂ بود. نتایج مربوط به آزمون­ های اکسیداسیون همدما و اکسیداسیون سیکلی در دمای 900 درجه سانتی‌گراد، نشان داد که نمونه‌های پوشش داده شده با تیتانیوم مقاومت به اکسیداسیون بهتری نسبت به نمونه‌های بدون پوشش دارند. مطالعات ساختاری و فازی نمونه­ های پوشش­ دار و اکسید شده با میکروسکوپ الکترونی روبشی و آزمون پراش پرتو ایکس انجام شد. در طول فرایند اکسیداسیون، پوشش به فازهای TiFe، TiFe₂، TiFe₂O₅، TiO₂ و TiCr₂O₄ تبدیل شده ­است. افزایش وزن نمونه‌های پوشش­ دار نسبت به نمونه‌های بدون پوشش کمتر بود که نشان می‌دهد پوشش به‌طور مؤثری زیرلایه را در برابر اکسیداسیون حفظ می‌کند. همچنین، مقاومت الکتریکی نمونه‌های پوشش­ دار از نمونه‌های بدون پوشش بالاتر بود.

آلیاژ Ti-6Al-4V به‌دلیل خواص ویژه‌ای از جمله چگالی کم، استحکام و مقاومت به‌خوردگی بالا کاربردهای فراوانی در صنایع مختلف به‌ویژه هوافضا پیدا کرده است. با این‌حال، یکی از مشکلات عمده استفاده از این آلیاژ، خواص تریبولوژیکی ضعیف آن تحت بارهای نسبتاً زیاد است. در پژوهش حاضر، به‌منظور بهبود خواص تریبولوژیکی آلیاژ (Ti-6Al-4V)، از اضافه کردن ذرات کروم به ورق در محیط حاوی نیتروژن در فرایند جوشکاری قوس تنگستن (TIG) استفاده شد. بررسی‌های ریزساختاری به‌کمک میکروسکوپ نوری، آنالیز پراش پرتوی ایکس و میکروسکوپ الکترونی روبشی، تشکیل ذرات TiN، TiCr₂ و Cr₂N در زمینه‌ای از فاز سخت تیتانیم را تأیید کرد. سختی لایه آلیاژی شده با TIG به HV_0.3 1000 افزایش یافت که چهار برابر بیشتر از سختی آلیاژ پایه بود. همچنین، نرخ سایش نمونه‌های آلیاژسازی شده با کروم و نیتروژن تحت بار 30 نیوتن و مسافت 1000 متر، 9/5 برابر نسبت به نمونه آلیاژ بدون پوشش، کاهش یافت.

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. 

دستیابی به جذب اپتیکی نزدیک به یک جسم سیاه ایده‌آل که بتواند تمام طیف طول موج مرئی را جذب کند، بسیار مطلوب است. چنین ماده‌ای سبب افزایش بازده سلول‌های خورشیدی و افزایش کارایی تجهیزات کنترل دمای غیرفعال و انتقال گرما و نیز پوشش‌های تزئینی و محافظت در برابر نور خورشید خواهند شد. تولید پوشش‌های آندایزینگ سیاه به این منظور مطلوب است، زیرا پوشش‌هایی هستند که انعکاس نور از سطح آنها کم است. این پوشش‌ها را می‌توان از طریق آندایزینگ آلیاژهای آلومینیوم و سپس رنگ‌کاری پوشش‌های آندیک تولید کرد. در این پژوهش تأثیر تکرار آندایزینگ بر ضریب جذب آلیاژ آلومینیوم 2024 به‌عنوان یک مدل بررسی شد. تمام پارامترهای مرحله رنگ‌کاری یکسان بودند تا صرفاً تأثیر مرحله آندایزینگ ارزیابی شود. پس از آندایزینگ تک-مرحله ضریب جذبی پوشش‌های حاصل برابر با 0/956 در ناحیه مرئی و 0/911 در دامنه طول موج 220 تا 2200 نانومتر بود درحالی ‌که پس از آندایزینگ سه- مرحله ضرایب جذب آنها تا 0/982 در ناحیه مرئی و تا 0/966 در دامنه طول موج 220 تا 2200 نانومتر افزایش یافت. در نتیجه، پژوهش حاضر نشان می‌دهد که تکرار آندایزینگ سبب می‌شود جذب اپتیکی پوشش‌های آندایزینگ سیاه به جذب یک جسم سیاه ایده‌آل نزدیک شود. 

هدف از انجام این پژوهش، بهبود رفتار فرسایشی آلیاژ اینکونل 625 با لایه‌نشانی روکش کامپوزیتی استلایت 6/ کاربید بور توسط فرایند قوس انتقالی پلاسما بوده است. برای این منظور، از 5 درصد وزنی ذرات کاربید بور در روکش استلایت 6 استفاده شد. بررسی‌های ریزساختاری و فازی به وسیله میکروسکوپ نوری، میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدان (FESEM)، آنالیز عنصری طیف‌سنجی انرژی (EDS) و پراش‌سنجی پرتو ایکس (XRD) انجام شد. تغییرات سختی در طول روکش‌ها با کمک آزمون ریزسختی‌سنجی به‌دست آمد. آزمون فرسایش ذرات جامد با ذرات سیلیکا و در دو زاویه برخورد ˚30 و ˚90 مورد استفاده قرار گرفت. ریزساختار روکش کامپوزیتی شامل محلول جامد کبالت- کروم و کاربیدهای بور، Cr₇C₃ و Cr₂₃C₆ بود و ریزساختار ظریف‌تری نسبت به روکش استلایت 6 داشت. همچنین فاز نواری شکل  Cr₇C₃ در این روکش مشاهده شد که ناشی از تجزیه بخشی از ذرات کاربید بور بود. با افزودن ذرات کاربید بور، افزایش در سختی روکش حاصل شد. روکش حاوی 5 درصد وزنی کاربید بور در زاویه برخورد ˚30، مقاومت فرسایشی بیش‌تری نسبت به زیرلایه و روکش استلایتی خالص نشان داد، به‌طوری که میزان کاهش وزن آن، 20 درصد کاهش وزن در زیرلایه اینکونلی و 33 درصد کاهش وزن در روکش استلایتی بود. اما در زاویه برخورد ˚90، اختلاف چندانی در کاهش وزن روکش‌ها و زیرلایه مشاهده نشد. مکانیزم‌های غالب فرسایش برای روکش کامپوزیتی در زاویه برخورد ˚30، برش و جداسازی ذرات تقویت‌کننده از سطح بودند، درحالی‌ که فرورفتگی و ایجاد حفره مکانیزم‌های اصلی تخریب در زاویه برخورد ˚90 بودند.