مقدمه

نيتريدهاي فلزي به خاطر سختي بالا و پايداري شيميايي، مواد مناسبي براي پوشش هاي نازك صنعتي هستند. اين پوشش ها اغلب داراي نقطه ذوب و سختي بالا، هدايت حرارتي و الكتريكي و مقاومت به خوردگي خوبمي باشند. اين خواص، كاربردهاي وسيع آنها را ممكن ساخته كه براي مثال مي توان موانع نفوذي در ميكروالكترونيك، پوشش هاي مقاومت به سايش در ابزارهاي برشي، مقاومت به خوردگي و فرسايش لايه هاي روي ابزارهاي مكانيكي و اپتيكي را نام برد. پوشش هاي نيتريدي فلزي مي توانند به وسيله روش هاي رسوب فيزيكي بخار1(PVD) ورسوب شيميايي بخار2(CVD) رسوب داده شوند. در روشPVD معمولا سرعت رسوب گذاري و يكنواختي آن كمتر است، در ضمن پوشش هاي ايجاد شده در روشPVD به بعضي پوشش هاي حائل نياز دارند كه باعث پيچيده شدن فرآيند پوشش دهي و افزايش هزينه مي شود. روش CVDمعمولي نياز به درجه حرارت بالا به منظور فعال كردن فاز گازي و انجام واكنش هاي سطحي براي ايجاد لايه فيلم جامد در روي سطح دارد كه ممكن است باعث خسارت و يا تخريب مواد حساس به درجه حرارت شود. كاربردهاي صنعتي پوششهاي سخت و مقاوم به سايش حدود 30 سال پيش با روشCVD شروع شد. درجه حرارت اين فرآيند كه بين 1000-800 درجه سانتيگراد بود اين روش را به استفاده از مواد پايدار در برابر حرارت مانند كاربيدهاي سمانته محدود مي كرد. گاهي اوقات فولادهاي ابزار نيز كه تلورانس ابعادي نسبتا پايين داشتند بطوريكه احتمال تغييرات ابعادي در آنها بعد از پوشش دهي و عمليات حرارتي پس از آن كم بود، با اين روش پوشش داده مي شد. توسعهوپيشرفت روشهاي PVD در دهه 80 موجب ترقي و پيشرفت پوشش دهي فولادهاي ابزاري گرم كار و تندبر شد زيرا ١ – Physical Vapour Deposition ٢ – Chemical Vapour Deposition درجه حرارت اين روش معمولا از 500 درجه سانتيگراد تجاوز نمي كند و كمتر از دماي تمپر اين فولادها مي باشد. با اين حال نياز به فشار كم در روشهايPa) PVD 1-1/0) و همچنين خطي بودن پوشش دهي آنها و نياز به چرخش نمونه جهت ايجاد پوشش همگن و يكنواخت، باعث بروز مشكلاتي در پوشش دهي قطعات صنعتي از قبيل قالبهاي دايكاست، قالبهاي تزريق پلاستيك و همچنين قالبهاي شكل دهي ورق در مقايسه با ابزارهاي برشي شده است. معمولا براي غلبه بر مشكلات فوق از روش رسوب شيميايي بخار به كمك پلاسما 1(PACVD) استفاده مي شود كه تركيبي از مزاياي روش CVD وPVD را شامل مي شود. در اين روش پلاسما با فراهم كردن محيطي از گاز يونيزه شده، و با تشكيل ذرات فعال شده كه به پيش ماده شيميايي حمله ميكنند، باعثمي شود كه پيش ماده در دماي كمتري نسبت به ساير روش هاي فعال شونده با گرما تجزيه شده و بر سطح زير لايه رسوب كند.كار كردن در فشار چند ده تا چند صد پاسكال و پوشش دهي قطعات با شكلهاي پيچيده هندسي و بزرگ بدون نياز به چرخش قطعه، و همچنين دماي كاري پايين اين روش (حدود500درجه سانتيگراد) از جمله خصوصيات و مزاياي آن مي باشد.

فهرست مطالب

چكيده                                                                    2

مقدمه                                         3

فصل اول : كليات                                               4

كليات                                                             5

فصل دوم : روشهاي لايه نشانيCVD وPACVD        ا            6

2- 1-روش رسوب شيميايياز فاز بخار (CVD)ا                               7

2- 1- 1- سيستمICVD                         ا          10

2- 1- 2- اصول فرآيند و مكانيزم رسوب گذاري                        10

2- 1- 3- پارامترهاي فرآيند CVDا                          11

2- 2- روش رسوب شيميايي بخار به كمك پلاسما (PACVD)ا          13

2- 2- 1- مزاياي روشPACVD ا                               17

2- 2- 2- معايب روشPACVD ا                                   18

فصل سوم : پوشش هاي نيتريدي ايجاد شده به روشPACVDا                             20

3- 1- پوششهاي نيتريدي دو تايي                                  21

3-1-1- پوشش Tinlا          24

3- 1- 1-1- پارامتر شبكه TiNا        ا               27

3- 1- 1-2- چسبندگي پوشش TiNا      ا                         28

3- 1- 1-4- خواص سايشي پوششTiN ا                           33

3- 2- پوشش هاي چند تايي يا چند جزئي                     36

1-2-3- پوششTiAInIا             37

3- 2- 1-1- تركيب شيميايي TiAlNا                  ا                38

3- 2- 1-2- ساختار TiAlNا                    ا                    39

3- 2- 1-3- مورفولوژي TiAlNا                       ا                  42

3- 2- 1-4- رفتار اكسيداسيونTiAlN ا                          43

3- 2- 1-5- پايداري حرارتي TiAlNا             ا                  49

3- 2- 1-6- ميكرو سختي پوشش TiAlNا               ا            50

3- 2- 1-7- خواص سايشي TiAlNا     ا            51

2-2-3- پوششTiCNI   ا      52

3- 2- 2-1- تركيب شيميايي TiCNاا                 ا   54

3- 2- 2-2- ريز ساختار پوشش TiCNا        ا        55

3- 2- 2-3- چسبندگي پوششTiCN ا                       57

3- 2- 2-4- سختي پوشش TiCNا             ا                    58

3-2-3- پوششTiBNI ا                 52

3- 2- 3-1- تركيب شيمياييTiBN ا                             59

3- 2- 3-2- خواص سايشي TiBNا                                  63

3- 2- 3-3- نرخ رشدلايه TiBNا              ا                68

3- 2- 3-4- خواص مكانيكيTiBN ا                         69

3- 3 پوشش هاي چند  لایه                             71

1-3-3- پوششTiN/TiBNI ا              73

3- 3- 1-1 ساختار پوشش TiN/TiBNا           ا                           72

3- 3- 1-2 خواص مكانيكي پوشش TiN/TiBNا           ا          74

3- 3- 1-3 خواص تريبولوژيكي پوشش TiN/TiBNا   ا             78

2-3-3- پوشش TiN/TicI ا          79

فصل چهارم : كاربردهاي صنعتي پوششهاي نيتريدي ايجاد شده به روش PACVD         86

4- 1- قالبهاي ريخته گري تحت فشار آلومينيم                             88

4- 2- قالبهاي تزريق پلاستيك                           95

4- 3- قالبهاي شكل دهي ورقهاي فلزي                      98

فصل پنجم : نتيجه گيري و پيشنهادات                             101

5- 1- نتيجه گيري                            102

منابع و مأخذ                         104

فهرست منابع لاتين                                  105

چكيده انگليسي                       110

فهرست جدول ها

جدول3-1 خواص فيزيكي بعضي نيتريدهاي فلزي                         22

جدول3-2 خواص مكانيكي بعضي نيتريدهاي فلزي                 22

جدول 3-3-تركيب شيمياييTiN اكسيد شده وTi1-xAlxN در سطح بيروني و عمق  0/5µmا             42

جدول 3-4- نرخ گازهاي مصرفي هنگام پوشش دهي براي نمونه هاي مختلف [35]                               53

جدول 3-5- توصيف بار هاي بحراني بر اساس مكانيزم هاي مختلف تخريب[21]                                  64

جدول 3-6 – بار هاي بحراني پوشش هايTiBN وTiCN بر اساس مكانيزم هاي مختلف تخريب در زمان تست خراشي [21]ا                                          64

فهرست شكل ها

شكل 2-1- شماتيكي از پوشش دهي CVD[1].           ا              7

شكل2- 2- شماتيكي از مراحل پوشش دهي به روش CVD [1].                   ا               11

شكل2- 3- ايجاد پلاسما به روش كاتد سرد (DC/ Pulsed DC Discharge) [12]                     ا15

شكل 2-4- ايجاد پلاسما به روش كاتد سرد (Hollow Cathode DC/ Pulsed) [12]             ا     16

شكل 2-5- ايجاد پلاسما به روش فركانس راديويي (RF) [12]. ا                        16

شكل 2-6- ايجاد پلاسما به روش مايكرو ويو Resonance Electron Cyclotron ) ECR ا       16

شكل 3-1- دياگرام فازي دو تايي Ti-N ا                      24

شكل 3-2- شبكه كريستالي TiN ا                         25

شكل 3-3- تاثير جريان گاز4TiCl و فشار كل بر پارامتر شبكه TiN ا                                   28

شكل 3-4- چسبندگي پوشش TiN بر روي سطح فولاد 2AISI Dبر اساس نسبت N2/H2ا                     29

شكل 3- 5- تصاويرSEM از سطح مقطع شكست فولاد2AISI D با پوشش TiN كه در تركيب گازH2 (a)60%و 2N40%وH2(b) 10%و 2N90% قبل از پوشش دهي نيتراسيون شدهاند                              30

شكل 3- 6- سختي و نرخ رسوب گذاري پوششTiN به صورت تابعي از پارامترهاي فرآيند شامل نرخ گاز     N2، Ar ، H2،TiClو فشار كل         32

شكل 3-7- تاثير مقدار كلر بر سختي وسايش پوشش TiNا             33

شكل 3-8- ضريب اسطكاك پوششهاي TiNبا مقادير مختلف كلر در دماي اتاق [32].                          35

3- 9- تاثير درجه حرارت بر ضريب اسطكاك و سايش پوشش TiNحاوي كلر3/7at.%              ا                     36

شكل3- 10- تاثير ولتاژ و نسبت 4AlCl3/TiCl بر مقدارX درTi1-xAlxN ا                        39

شكل3-11- الگوي پراش اشعه x از پوشش Ti1-xAlxN با مقادير مختلف xا                                   41

شكل 3-12- تاثير مقدار Al بر پارامتر شبكه ساختار       ا             42

شكل 3-13- آناليزXRD از پوششTi1-xAlxN با مقادير مختلف x                      ا                       42

شكل 3- 14- ميكروگراف SEMاز سطح مقطع فيلم هاي TiAlNبا كسرمولي AlNبين .[34] %2 -%96ا             43

شكل 3-15- پروفيل عمق XPSاكسيژن و نيتروژن در پوشش TiNاكسيد نشده [33].       ا                         44

شكل 3-16- پروفيل عمقXPS اكسيژن و نيتروژن در پوششTiN اكسيد شده[33].ا                                   45

شكل 3-17- پروفيل عمق XPSاكسيژن و نيتروژن در پوشش Ti1-xAlxN (x=0/04)ا           46

شكل 3-18- پروفيل عمقXPS اكسيژن و نيتروژن در پوشش(x=0/4) Ti1-xAlxN ا                   47

شكل 3-19-تصوير ميكروگراف SEM از سطح مقطع پوشش Ti0.21Al0.79N ا                           48

شكل 3-20- پروفيل عمق فيلم Ti0.21Al0.79Nاكسيد شده كه به وسيله EPMAاندازه گيري شده است         49

شكل 3-21- بررسي فاز هگزاگونال در دو فيلمTi1-xAlxN در زمان آنيل در اتمسفرAr ا                         50

شكل 3-22- تاثير مقدارAl بر ميكرو سختي فيلم Ti1-xAlxN ا              51

شكل 3-23- مقايسه نتايج تست سايش پوشش هاي مختلف TiAlNا                         52

شكل 3-24- (a) شماتيك پوشش TiCNو(b) شيب تركيب شيميايي در عمق پوشش                      55

شكل 3-25- ميكرو گرافTEM و نمودارSAED از سطح مقطع نمونه 1(جدول3-5)        56

شکل3-26- ميكرو گراف TEMو نمودارSAED از سطح مقطع نمونه 3 (جدول3-5)                     57

شكل3- 27- ميكروگراف TEMو نمودارSAED از سطح مقطع نمونه 5 (جدول3-5)[36]              57

شكل 3-28- ميكروسختي پوشش TiCN و TiBN بدون عمليات نيتراسيون قبلي (PN) و با عمليات نيتراسيون                         59

شكل 3- 29- نمودار XRD از TiN و نمودار GAXRD از پوشش هاي مختلف TiBNا           61

شكل 3-30-(a) شماتيك پوشش TiBN و (b) شيب تركيب شيميايي در عمق پوشش               62

شكل 3-31- تاثير نسبت گاز 4N2/TiCl بر غلظت عناصر مختلف در پوشش            63

شكل 3-32- قسمت اصلي از يك ترك خراشي در پوشش TiBN بدون PN ا           64

شكل 3-33- قسمت اصلي از يك ترك خراشي در پوششTiBN با PN ا             66

شكل 3- 34-نتايج تست پين روي ديسك براي پوشش هاي ,0.8TiB2, TiB0.4N TiNا           67

كل3-35- تاثيرنسبت گاز4N2/TiCl و ولتاژ بر روي نرخ رشد لايه TiBN ا               68

شكل 3-36- تاثير مقدار B برسختي و مدول يانگ پوشش هاي TiBNا         69

شكل 3-37 تاثير نسبت 4N2/TiCl بر روي سختي TiBNا               70

شكل 3-38- تنش فشاري ذاتي پوشش هايTiBN در دماي اتاق     70

شكل 3-39- تصوير SEMاز سطح مقطع شكست پوشش 32لايه TiN/TiBNا             73

شكل 3- 40- تصوير زمينه روشنa)TEM ) و ميكروگراف b)EELS)كه توزيع عنصر B رادر پوشش 300   لايه اي TiN/TiBNنشان مي دهد          74

شكل 3-41- وابستگي سختي ومدول الاستيك پوشش TiN/TiBNبه تعداد لايه هاي پوشش        75

شكل 3-42- رابطه بين تعداد لايه ها با نسبت²H³/E در پوشش TiN/TiBNا               76

3-43- رابطه بين تعداد لايه ها با تنش هاي باقيمانده در پوشش TiN/TiBNا            77

شكل3- 44- منحني ضريب اصطكاك پوشش 4 لايه TiN/TiBN در فاصله لغزش1000mا                   78

شكل 3-45 منحني ضريب اصطكاك پوشش 128 لايه TiN/TiBN در فاصله لغزش 1000mا               79

شكل 3-46- دياگرام انرژي آزاد سيستمTi-C ا                   81

شكل 3-47- نتايج RBS حاصل از فيلم TiC در پوشش TiN/TiC با نرخ گاز متفاوت. [40] 3/5g/hبه مقدارTiCl4و با جريان گاز ثابت 5sccm(b)و18sccm(a). CH4ا                     82

شكل 3-48- تصاوير SEM از پوشش چند لايه TiN/TiC با نرخ گاز متفاوت sccm(a). 4CH18و sccm(b)20 و با جريان گاز ثابت 4TiCl به مقدار g/h5/3     ا           83

شكل 3-49- آناليز XRD از يك پوشش TiC با 5 نرخ گاز متفاوت CH4 ا               83

شكل3- 50- مقايسه نمودار XRD پوشش چند لايه TiN/TiC و پوشش تك لايهTiC ا             83

شكل 3-51- پيك هاي اوژه از پروفيل عمق پوشش چندلايهTiN/TiC ا                             85

شكل 4- 1- تصويري از يك قالب دايكاست آلومينيم كه به روش PACVD پوششTiCN داده شده است           89

شكل 4-2- مقايسه تعداد قطعات توليد شده توسط قالب دايكاست با انواع پوششهاي نيتريدي ايجاد شده به روش PACVD ا             90

شكل4- 3- تصاوير SEM از پوششهاي مختلف TiAlCN (cTiCN (bTiN (a كه برروي سطح فولاد 11H به روش PACVD رسوب داده شده اند. نمونه ها داخل مذاب آلومينيم AlSi7Mg در دماي 700 درجه سانتيگراد به مدت يك ساعت غوطه ورشده اند             92

شكل4- 4- تصاوير µm2) AFM 5×5) از پوششهاي مختلف TiCN aTiAlCN (dTiBN (c كه بر روي سطح فولاد 11H به روش PACVD رسوب داده شده اند         93

شكل 4-5- نرخ اكسيداسيونTGA اندازگيري شده در محيط اکسيژن/آرگن براي پوششهاي مختلف كه بر روي سطح فولاد 11H به روش PACVD رسوب داده شده اند a) با شيب دمايي 1b 5◦C min) آنيل همدما در 650 درجه سانتيگراد 95

شكل4- 6- تصوير SEM از سطح قالب بدون پوشش در پايان عمر مفيد آن كه از جنس فولاد گرم كار   13AISI H ساخته شده است         96

شكل4- 7- ضريب اصطكاك پين هاي PEI بر روي فولاد 13a H) بدون پوشش b) با پوشش TiCN در نيروي N10 و سرعت لغزش  cm/s10       ا    98

شكل4- 8- منحني ضريب اصطكاك در آزمايش پين روي ديسك يك فولاد غير آلياژي بر روي ديسك پوشش داده شده با TiN (نيرو N10،سرعت لغزش cm/s10، رطوبت نسبي 35% ، مقدار كلر پوشش   at.%4/3) ا            100

فصل اولیات:كليات

در اين تحقيق ابتدا مروري بر روشهاي لايه نشاني CVD و PACVD صورت گرفت. سپس در فصل سوم خواص مكانيكي، تريبولوژيكي، رفتار اكسيداسيون و همچنين چسبندگي پوشش هاي نيتريدي ايجاد شده به روش PACVD از قبيل TiBN, TiCN, TiAlN, TiN و پوشش هاي چند لايه TiN/TiBN و TiN/TiC مورد بررسي قرار گرفت. همچنين تاثير پارامترهاي پوشش دهي مانند دبي گازهاي ورودي به محفظه، ولتاژ دستگاه، فشار كل محفظه و دماي پوشش دهي نيز بر روي خواص اين پوشش ها مورد مطالعه قرار گرفت. در فصل چهارم به تعدادي از كاربردهاي صنعتي پوشش ها اشاره شده و فصل پنجم نيز شامل نتيجه گيري و ارائه چند پيشنهاد مي باشد.


مقطع کارشناسی ارشد

بلافاصاله بعد از پرداخت به ایمیلی که در مرحله بعد وارد میکنید ارسال میشود


فایل pdf غیر قابل ویرایش

قیمت25000تومان

فایل pdf همراه با فایل word

قیمت35000تومان