بررسی عددی و تجربی رفتار مکانیکی پوشش‌های سخت نانو ساختار tialn اعمال شده به روش pvd بر زیرلایه فولاد تندبر

هدف از این تحقیق، ایجاد پوشش نانوساختار tialn بر زیرلایه فولاد تندبر hss با استفاده از روش تبخیر قوس کاتدی و نیز بررسی تاثیر درصد چرخه کار بر خواص سطحی پوشش از جمله مورفولوژی و ساختار سطح، ضخامت پوشش و رفتارمکانیکی پوشش نانوساختار است. برای مشخصه یابی پوشش ها از دستگاه های پرتوی اشعه ایکس و میکروسکوپ الکترونی روبشی بهره گرفته شد. همچنین برای ارزیابی رفتارمکانیکی از آزمون میکروسختی استفاده شد. مطالعات نشان می دهد که با تغییر درصد چرخه کار در فرآیند لایه نشانی، مقدار و اندازه ماکروذراتی موجود در پوشش تغییر یافته که این امر در زبری سطح و مورفولورژی آن تاثیرگذار است. این عامل به باردارشدن ماکروذراتی تولیدشده در اتمسفر لایه نشانی مربوط می شود. همچنین به دلیل اینکه تغییرات اندازه دانه به تغییرات درصد چرخه کار وابسته است که این تغییرات نیز بر خواص مکانیکی پوشش اثرگذار خواهد بود که با مکانیزم لایه نشانی در درصدهای مختلف چرخه کار مرتبط است. بنابر آزمون های سختی گرفته شده هنگامی که چرخه کار از 25% به 50% افزایش می یابد سختی از 3168ویکرز به 3817ویکرز افزایش پیدا می کند اما با افزایش چرخه کار از 50% به 75%، سختی به 3582 ویکرز کاهش پیدا می کند. در نتیجه با تغییر چرخه کار می توان، درصد بهینه آن برای خواص مکانیکی مطلوب را تعیین نمود. همچنین حداقل ضریب اصطکاک (0/44) و حداقل نرخ سایش، برای پوشش tialn با درصد چرخه کار 75% تعیین شد که این می تواند به صافی بهتر و تراکم بالاتر این پوشش نسبت داده شود.

Numerical and Experimental Investigations of Mechanical Behavior of Hard TiAlN Nanostructured Coatings Applied by PVD on HSS Substrate

In this research, nanostructured TiAlN coatings were applied on HSS substrate using cathodic arc evaporation method (CAE) in the different duty cycle values. Then the effect of duty cycle on the coating surface properties including surface morphology and structure, coating thickness and mechanical behavior of nanostructured coatings were investigated. Xray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM) were used to characterize the surface coatings. Also, micro indentation and adhesion test were utilized to evaluate the mechanical behavior. The results show that by changing the duty cycle, the macroparticles size and amount change which is effective on the roughness and morphology of the coatings. It is attributed to the electrical charge of macroparticles that are produced in the process which can be influenced by the structure. Also, the changes in grain size depend on the changes of duty cycle value. Furthermore, the mechanical properties of the coatings are affected by altering the duty cycle related to the deposition mechanism. The hardness value of TiAlN coatings increases from 3168 HV to 3817 HV when the duty cycle increases from 25% to 50%. But whit an increase in duty cycle from 50% to 75%, hardness reduced to 3582 HV. Consequently, it can be possible to find an optimum duty cycle value to achieve the best mechanical properties. Also, the minimum friction coefficient (0.44) and the minimum wear rate were determined for the TiAlN coating with the duty cycle of 75%, which it can be attributed to better smoothness and higher density of the coating.