وبلاگ

:

سرمت آلیاژ مقاوم در برابر حرارت است که با همجوشی پودر فلزات و مواد سرامیکی تولید می شود. بیشتر سرامیک ها در مقابل عوامل اکسیدکننده مقاومت بالایی از خود نشان داده اند. این خاصیت با شکل پذیری(انعطاف پذیری) فلزات توام شده و ماده ای به نام سرمت(مخففceramic metal) را ایجاد کرده است که دارای استحکام وسختی بسیار می باشد و در برابر حرارت های بالا و در برابر تغییرشکل و ضربه مقاوم است.

روش های مختلفی برای ایجاد پوشش های سرمتی روی سطح مواد فلزی وجود دارد مانند پاشش حرارتی، لایه نشانی لیزری، رسوب دهی با بخار و غیره. در میان این روش ها، روش رسوب دهی با الکترولیز پلاسمایی(PED) از بهترین روش ها است چون حرارت دهی پنهانی مواد زیرلایه را در حین فرایند داریم و پوشش هایی با اتصال متالورژیکی به سطح زیرلایه فلزی ایجاد می شود. البته عیب اصلی این روش، ولتاژ بالا برای بدست آوردن شدت میدان الکتریکی بحرانی 610،810 V/m می باشد که این به دلیل جدایش الکترود با الکترولیت بوسیله لایه گازی است.[1-3]

در این روش، قوس هایی در الکترولیت ایجاد می شود که باعث بوجود آمدن پلاسما می گردد. با این روش می توان با سرعت های رسوب دهی بالا و به طور مناسبی پوشش دهی را انجام داد. در این روش می توان هم از روش آندی و هم کاتدی استفاده نمود.[4]

یکی از سرمت هایی که می توان روی سطوح فولادی اعمال کرد، سرمت WC-Co می باشد. این سرمت برای جاهایی که نیاز به مقاومت سایشی بالایی دارند استفاده می شود. مقاومت سایشی بالای این سرمت به علت سختی بالا و تافنس شکست متوسط آن می باشد. مواد دیگری مانند Cr3C2/TiC-NiCrMo نیز قابل استفاده و بررسی می باشد.

پیشینه تحقیق:

آزمایشاتی در مورد پوشش دهی فولاد با سرمت WC-Co به روش PED انجام شده است.مؤثرترین آن پوشش دهی با بهره گرفتن از الکترولیت (NH2)2CO و KF می باشد.اعمال روش ‍PED روی WC-Co چسبندگی بسیار خوبی را بین پوشش سرمت و زیرلایه فولادی بدست آورده است. همچنین با این کار کاربیدهای بیشتری و نیز بعضی نیتریدها به جای اکسیدها تشکیل شده اند. با این کار سختی بالا و مقاومت سایش عالی از این پوشش سرمت بدست آمده است.[1,5]

تئوری تحقیق:

• فرایند انجام شده روی سطح الکترود در الکترولیز:

با توجه به شکل 1 در الکترولیز روی سطح الکترودها تعدادی فرایند داریم. در سطح آند آزادسازی اکسیژن گازی و/یا اکسید فلزی اتفاق می افتد. با توجه به فعالیت شیمیایی الکترولیت، فرایند اکسیداسیون می تواند منجر به انحلال سطح یا تشکیل فیلم اکسیدی شود. در سطح کاتد هم آزادسازی هیدروژن گازی و/یا احیای کاتیون می تواند رخ دهد.

شکل1

2- مشخصات جریان– ولتاژ فرایند الکترولیز پلاسمایی:

شکل 2 نموداری از جریان ـ ولتاژ یک سیستم فلز-الکترولیت با آزادسازی گاز روی سطح کاتد را نشان می دهد. در این سیستم در ناحیه 0-U1 با افزایش ولتاژ، جریان هم با توجه به قانون اهم بالا می رود. در این حالت حباب های زیادی روی سطح الکترود به علت الکترولیز شدید محلول و آزادسازی حرارت، ایجاد می شود. در U1-U2 با افزایش پتانسیل، نوسان جریان همراه با نورافشانی را داریم. این افزایش جریان بوسیله ایجاد پوششی با هدایت الکتریکی پایین از محصولات گازی واکنش(O2 یا H2) روی سطح الکترود محدود می شود. در نواحی که الکترود در تماس با مایع باقی می ماند، دانسیته جریان زیاد می شود. این امر باعث جوش آمدن موضعی در مجاور الکترود می شود. در این ناحیه E به بین106و108می رسد که برای آغاز فرایند یونیزاسیون در پوشش بخار کافی است. یونیزاسیون در ابتدا مانند یک جرقه سریع در حباب های گاز پخش و ظاهر می گردد. سپس به صورت یکنواخت انجام می شود. به دلیل پایداری هیدرودینامیکی پوشش بخار در ناحیه U2-U3، جریان افت می کند. در این ناحیه، پوشش پلاسما در حال تشکیل شدن است. در نقطه U3، کاتد بوسیله پلاسمای بخار گازی پیوسته احاطه شده است. این جدایش کامل الکترود از الکترولیت بوسیله این پوشش گازی باعث کاهش شدید جریان در سطح الکترود می شود. در این حالت شرایط عملیات هایی مثل کربوره و نیتروره کردن الکترولیز پلاسمایی(PEN/PEC) ایجاد شده است. بعد از این نقطه ولتاژ تقریبا ثابت می شود. دراین ناحیه یون های فعال شده C  و N داریم که به ترتیب تحت تاثیر دما و غلظت موضعی بالای این مواد، روی سطح رسوب کرده و به درون قطعه نفوذ می کنند. تحت چنین  شرایطی اشباع سطح می تواند غالبا در 3 تا 5 دقیقه صورت گیرد و فرایند کامل شود. با افزایش ولتاژ در نقطه U5 در پوشش پلاسما، قوس شدیدی ایجاد می شود که برای سطح قطعه مضر می باشد پس نباید به این نقطه در پوشش دهی برسیم[4,6,7]

شکل2

3- فرایندهای فیزیکی-شیمیایی ناشی از وجود پلاسما:

پدیده پلاسما به طور قابل توجهی فرایندهای اصلی الکترود را تغییر می دهد چون باعث افزایش هردو فرایند فیزیکی و شیمیایی by-product و تحریک فرایندهای جدید روی سطح الکترود می شود(شکل 3). بنابراین فرایندهای حرارتی و نفوذی، واکنشهای شیمیایی پلاسمای جدید و جابجایی ماکروذرات(یعنی اثرات cataphoretic) در حین فرایند الکترولیز محتمل می شود. این فرایندها در کاربردهای گوناگونی از الکترولیز پلاسما استفاده می شود، که شامل عملیات حرارتی بوسیله پلاسما و ذوب، جوشکاری، تمیزکاری، اچ کردن، پولیش کردن، تخلیه نفوذی و رسوب(یعنیPED) می باشد و در میان این تکنیک های الکترولیتی پلاسما، گروه PED﴿که شامل روش های PEO و PES- شامل PEC، PEN، PEBو … است﴾ به عنوان روش های با هزینه مناسب برای شکل دهی لایه های سطحی با تریبولوژی ،خوردگی و مانع حرارتی بالاپذیرفته شده است.. با توجه به شکل 3، لایه هایی که تشکیل می شود نتیجه اصلاح فرایندهای اصلی الکترود است،که اصولا ناشی از واکنشهای شیمیایی متاثر از وجود پلاسما و فرایندهای نفوذی روی سطوح الکترود است. در ابتدا اکسیداسیون آندی در مورد PEO و الکترولیز محلول و احیای کاتیون در مورد ‍PES داریم. نقش فرایندهای دیگر فیزیکی- شیمیایی ناشی ازوجود پلاسما در تشکیل لایه سطحی، کمتر آشکار می باشد؛ ولی غالبا وابستگی داخلی با فرایندهای شیمیایی و نفوذی وجود دارد و بنابراین مستحق توجه بیشتری است.[6]