بررسی و مطالعه سختی و رفتار سایشی سه پوشش TiN، TiCN و TiN-TiCN-TiN اعمال شده بر روی فولاد ابزار D2 به روش تبخیر پرتو الکترونی EB-PVD

Abstract

در میان پوشش های سخت، پوشش نیترید تیتانیوم (TiN) وکربونیترید تیتانیوم (TiCN) به علت برخوداری از سختی بالا، مقاومت به خوردگی خوب و ضریب اصطکاک کم توانسته‌اند تا بیش از ده برابر باعث افزایش طول عمر یک ابزار گردند. اعمال این دو پوشش بر روی زیر لایه های مختلف می تواند توسط فرآیند های مختلفی صورت گیرد. انتخاب نوع فرایند پوشش‌دهی می‌تواند تا حد زیادی بر ساختار، خواص مکانیکی و رفتار تریبولوژیکی این پوشش‌ها تأثیر گذار باشند. بر اساس مطالعات و بررسی‌های انجام شده تا کنون کار چندانی بر روی مقایسه این دو پوشش هنگامی که به روش EB-PVD (Electron Beam Gun PVD) انجام شده باشد، صورت نپذیرفته است. در این پژوهش پس از اعمال سیکل عملیات حرارتی متداول سخت کردن شامل آستنیته کردن، کوئنچ و تمپر، ابتدا پوشش‌های تک‌لایه TiN و TiCN و چندلایه TiN– TiCN- TiN به روش EB-PVD برروی فولاد ابزار D₂ اعمال شد. سپس با استفاده از میکروسکوپ‌های الکترونی روبشی SEM، نیروی اتمی AFM، دستگاه نانوایندنتور، دستگاه پراش پرتو ایکس و همچنین انجام آزمون گلوله بر روی دیسک، سختی و رفتار تریبولوژی‍‍‍‍‍‍کی دو پوشش TiN و TiCN چه به صورت تک‌لایه و یا چندلایه مورد مطالعه قرار گرفت. تجزیه و تحلیل الگوهای پراش پرتو ایکس در پوشش‌های ایجاد شده و استفاده از رابطه شرر گویای این مطلب است که پوشش‌های ایجاد شده با ضخامتی 2 تا 3 میکرون دارای ساختاری نانو با اندازه دانه در حدود 5 تا 6 میکرون می‌باشند. میزان زبری سطح پوشش‌های ایجاد شده برای پوشش های TiN و TiCN و چندلایه TiN– TiCN- TiN به ترتیب برابر با 12و22و29 نانومتر بدست آمد. نتایج آزمون‌های نانوسختی سنجی و همچنین سایش نشان می‌دهند‌که بالاترین سختی و مقاومت سایشی مربوط به پوشش TiCN و کمترین متعلق به پوشش TiN است در حالی که پوشش چندلایه در بین این دو قرار دارد.