بررسی تجربی و عددی سایش در پوشش نانوساختار تیتانیوم نیتراید tin بر پایه فولادی

سایش از جمله مکانیزم‌های مخربی است که می‌تواند عملکرد بسیاری از سیستم‌های صنعتی را تحت‌الشعاع قرار دهد. پوشش نیترید تیتانیوم (tin) به دلیل داشتن خواص منحصر به‌ فردی همچون مقاومت به حرارت و اکسیداسیون بالا و مقاومت زیاد به سایش، در بسیاری از قطعات صنعتی به‌منظور تقویت مقاومت به خوردگی، اکسیداسیون و سایش مورد استفاده قرار می‌گیرد. در کار حاضر پوشش نانوساختار tin با روش رسوب‌دهی فیزیکی بخار روی پایه‌ای فولادی نشانده شده است. خواص پوشش با استفاده از آزمون نانوفروبرش به دست آمده است و آزمون سایش پین روی دیسک روی سه نمونه متفاوت در بارگذاری و سرعت‌های مختلف انجام شده است که در نتیجه آن، نمونه با ضخامت پوشش بالاتر، مقاومت به سایش بالاتری را از خود نشان می‌دهد. فرآیند سایش به دلیل ماهیت غیرقابل بازگشت آن باعث افزایش آنتروپی سیستم می‌شود. در قسمت تحلیلی کار حاضر با استفاده از دمای به دست آمده از روش المان محدود، ارتباط بین دما و نرخ سایش و همینطور نرخ تولید آنتروپی و نرخ سایش مطالعه شده است. مشاهده شد که پوشش با ضخامت بالاتر مقاومت به سایش بهتری نشان می‌دهد. در این پژوهش، ارتباط بین سایش و آنتروپی بررسی شده است که بتوان برای مواد مختلف با پیش‌بینی دما میزان سایش را نیز پیش‌بینی کرد. همچنین به کمک روش اجزای محدود، تغییرات دما با زمان در دو سطح با پوشش و بدون پوشش نیز پیش‌بینی شد. یکی از نوآوری‌های این تحقیق، در قابلیت ارتباط بین میزان سایش و حرارت تولید شده است.

Numerical and Experimental Investigation of Wear in Nanostructured Tin Coating on Steel Substrate

Wear is one of the most detrimental mechanisms which can affect the performance of many industrial systems. TiN coating due to its unique properties such as resistance to wear, oxidation, and heat is widely used in mechanical elements. In this research, TiN coating has been coated on steel substrate using a physical vapor deposition method. The coating rsquo;s properties have been obtained using nanoindentation test. Pin on disk wear test has been conducted while the disks are coated. The tests are conducted under three different loads and different speeds. It was shown that the samples with thicker coating show a better tribological performance. In this study, the relationship between wear and entropy has been investigated in order to predict the wear rate for different materials by predicting temperature. Also, temperature changes over time were predicted in two states of with and without coating. It was also shown that the samples with thicker coating have better wear resistance. One of the innovations of this research is the ability to establishing a correlation between the wear rate and produced temperature.