اسماعیل دماوندی

چکیده: هدف از این پژوهش، بررسی رفتار سایش و تریبولوژیکی روی غلتک‌هایی از جنس فولادSt52 با تمرکز بر کاربرد در غلتک‌های صنعتی تحت سایش (ریخته گری مداوم). کربن‌دهی جامد و پوشش چندلایه CrN/CrAlN اعمال ‌شده به روش رسوب فیزیکی بخار بوده است. بدین منظور، نمونه‌هایی از فولاد St52 به‌عنوان زیرلایه آماده‌سازی شدند و شش نمونه آن‌ها تحت فرآیند کربن‌دهی جامد قرار گرفتند. سپس پوشش چندلایه CrN/CrAlN به روش تبخیر قوس کاتدی بر روی نمونه‌های کربن‌دهی‌شده و بدون کربن‌دهی اعمال شد. آزمون‌های تریبولوژیکی به روش پین روی دیسک با نیروی عمودی 5 نیوتن و مسافت لغزشی 200 متر در سه دمای محیط، 250 و 450 درجه سلسیوس انجام گرفت. همچنین مشخصه‌یابی ریزساختاری و فازی توسط پراش پرتوی ایکس و میکروسکوپ الکترونی روبشی، آزمون سختی، زبری سطح، چسبندگی پوشش انجام شد. نتایج نشان داد اعمال پوشش CrN/CrAlN بر روی زیرلایه خام، سختی را به حدود 675 ویکرز افزایش داد، در حالی‌که ترکیب کربن‌دهی و پوشش‌دهی منجر به افزایش سختی تا حدود 1307 ویکرز شد که معادل افزایش تقریبی 5 برابر نسبت به زیرلایه خام است. سختی ذاتی پوشش با استفاده از رابطه جانسون-هوگ‌مارک و با حذف اثر زیرلایه، حدود 1831 ویکرز محاسبه شد. نتایج آزمون چسبندگی نشان داد پوشش اعمال‌شده روی زیرلایه بدون کربن‌دهی در رده HF3 قرار دارد، در حالی‌که نمونه کربن‌دهی و پوشش‌داده‌شده چسبندگی عالی از نوع HF1 را نشان داد که بیانگر نقش موثر لایه کربن‌دهی‌شده در بهبود پشتیبانی مکانیکی پوشش است. در آزمون سایش دمای محیط، نرخ سایش ویژه نمونه کربن‌دهی و پوشش‌داده‌شده برابر با 6-10× 2/2 میلی‌متر مکعب بر نیوتن‌متر به‌دست آمد که نسبت به زیرلایه خام حدود 50% و نسبت به نمونه صرفاً پوشش‌داده‌شده حدود 52% کاهش نشان می‌دهد. نتایج نشان داد رفتار سایشی نمونه‌ها در دمای محیط و 250 درجه سلسیوس روند مشابهی دارد، در حالی‌که در دمای 450 درجه سلسیوس به‌دلیل فعال‌شدن سازوکار‌های اکسیداسیونی و تغییر ماهیت تماس سطحی، رفتار تریبولوژیکی به‌طور محسوسی تغییر می‌کند. در این دما، پایداری حرارتی پوشش CrN/CrAlN همراه با نقش حمایتی لایه کربن‌دهی‌شده موجب کنترل تغییر شکل پلاستیکی، کاهش تخریب سطح و محدود شدن حجم ماده از دست‌ رفته شد.