بررسي تجربي و عددي سايش در پوشش نانوساختار تيتانيوم نيترايد TiN بر پايه فولادي

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

سايش از جمله مكانيزم هاي مخربي است كه مي تواند عملكرد بسياري از سيستم هاي صنعتي را تحت الشعاع قرار دهد. پوشش نيتريد تيتانيوم (TiN) به دليل داشتن خواص منحصر به فردي همچون مقاومت به حرارت و اكسيداسيون بالا و مقاومت زياد به سايش، در بسياري از قطعات صنعتي به منظور تقويت مقاومت به خوردگي، اكسيداسيون و سايش مورد استفاده قرار مي گيرد. در كار حاضر پوشش نانوساختار TiN با روش رسوب دهي فيزيكي بخار روي پايه اي فولادي نشانده شده است. خواص پوشش با استفاده از آزمون نانوفروبرش به دست آمده است و آزمون سايش پين روي ديسك روي سه نمونه متفاوت در بارگذاري و سرعت هاي مختلف انجام شده است كه در نتيجه آن، نمونه با ضخامت پوشش بالاتر، مقاومت به سايش بالاتري را از خود نشان مي دهد. فرآيند سايش به دليل ماهيت غيرقابل بازگشت آن باعث افزايش آنتروپي سيستم مي شود. در قسمت تحليلي كار حاضر با استفاده از دماي به دست آمده از روش المان محدود، ارتباط بين دما و نرخ سايش و همينطور نرخ توليد آنتروپي و نرخ سايش مطالعه شده است. مشاهده شد كه پوشش با ضخامت بالاتر مقاومت به سايش بهتري نشان مي دهد. در اين پژوهش، ارتباط بين سايش و آنتروپي بررسي شده است كه بتوان براي مواد مختلف با پيش بيني دما ميزان سايش را نيز پيش بيني كرد. همچنين به كمك روش اجزاي محدود، تغييرات دما با زمان در دو سطح با پوشش و بدون پوشش نيز پيش بيني شد. يكي از نوآوري هاي اين تحقيق، در قابليت ارتباط بين ميزان سايش و حرارت توليد شده است.

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’s properties have been obtained using nano-indentation 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.