روش‌های حالت مایع
دی ۲۷, ۱۳۹۴
نانو پارچه : آبگریز | ضد آب | ضد لک
اسفند ۱۲, ۱۳۹۴
محصولات نانوReviewed by مدیر on Jan 20Rating:

اصلاح‌سازی سطح به کمک اصطکاک
بسیاری از فرایندهای میکروسکوپی که در حین آسیاب‌کاری و آلیاژسازی مکانیکی ذرات پودر رخ می‌دهد، شباهت زیادی با فرایندهای معمول مورد بحث در حین سایش و تریبولوژی است. به عنوان مثال اثر کار سختی، انتقال مواد و فرسایش در شرایط سایش باعث ایجاد ریزساختاری در سطح سایش می‌‌گردد که مشابه آن در آسیاب‌کاری نیز دیده می‌شود. این موضوع در حین سایش لغزان که کرنش‌های پلاستیکی بزرگ بوده و گرادیان‌های کرنشی نزدیک سطح به وجود می‌آیند بیشتر خودنمایی می‌کند. نرخ کرنش‌های برشی ایجاد شده در حالت اخیر می‌تواند تا ۱۰۳ بر ثانیه نیز برسد.
مشاهدات انجام شده در مورد سطح سایش و براده‌های سایشی که توسط میکروسکوپ الکترونی با قدرت تفکیک بالا انجام شده، نشان از ایجاد ساختارهایی نانو کریستال با اندازه دانه متوسط ۴ تا ۵ نانومتر دارد. در این نمونه‌ها هیچگونه نقصی در داخل دانه‌های کریستالی دیده نمی‌شود که این مساله می‌تواند به دلیل ریز بودن ساختار باشد. در واقع به دلیل نزدیک بودن مرزها و کوتاه بودن فواصل نفوذی احتمالاً نقص‌های کریستالی جذب مرزها شده و از بین می‌روند. این نوع تغییر شکل پلاستیکی در نرخ کرنش‌های بالا تنها محدود به فلزات و آلیاژها نبود و در مورد سرامیک‌ها و الماس نیز مشاهده شده است.
در حین سایش لغزان یک لایه تریبولوژیک ویژه بر روی سطح پدید می‌آید که در معرض کرنش‌های پلاستیکی شدید قرار می‌گیرد. ساختار حاصل در این لایه موسوم به لایه بیلبی تا مدت‌ها با ابزارهای معمول آنالیز قابل تحلیل نبوده و معمولاً آن را فاز آمورف در نظر می‌گرفته‌اند. با وجود اینکه در برخی از سیستم‌ها توسط فرایند لغزش، لایه‌های آمورفی بر روی سطح تشکیل می‌شود، در اغلب حالات ضخامتی در حد چند میکرومتر از لایه‌های سطحی به ساختاری با اندازه دانه‌های نانومتری تبدیل می‌شود. برای مثال در ساچمه پاشی فراصوت سطوح آهن، ساختار درشت دانه سطحی به دانه‌های فوق‌العاده ریز کاملاً هم محور (در حد ۱۰ نانومتر) تبدیل شده که دارای جهت‌گیری بلوری اتفاقی هستند.

شکل (۳-۱۹): آهن نانو کریستال تولیدی به وسیله ساچمه زنی فراصوت.
به عنوان نمونه‌ای دیگر می‌توان به قطارهای سریع السیر اشاره نمود که سرعت این قطارها در حین حرکت به بیش از ۳۰۰ کیلومتر بر ساعت می‌رسد. چالش موجود در طراحی این نوع قطارها، استفاده از موادی است که سلامت و امنیت مکانیکی لازم را برای ریل فراهم آورد. در این گونه موارد اندرکنش بین چرخ و ریل باید بهینه شده و با تجهیزات الکترونیکی کنترل شود. با توجه به این که مواد سازنده ریل در دو دهه اخیر تغییری نکرده‌اند حرکت سریع قطار و اعمال فشارهای موضعی برشی شدید روی ریل‌ها می‌تواند مشکلاتی را به همراه داشته باشد. به طور نمونه در مورد فولادی شالم ۸/۰ درصد کربن و ۳/۱ درصد منگنز فشار موضعی بالاتر از ۱ تا ۵/۱ گیگا پاسکال، دقیقاً مشابه فرایند آسیاب‌کاری مکانیکی، باعث انجام استحاله‌هایی در حالت جامد می‌گردد.
نتایج حاصل از پراش پرتو ایکس و میکروسکوپ الکترونی عبوری نشان می‌دهد که اندازه متوسط دانه‌های کریستالی موجود در سطح ریل‌ها به حدود ۲۰ نانومتر می‌رسد. این در حالی است که شیب تغییرات اندازه دانه‌ها در فواصل دورتر از سطح بسیار زیاد بوده و اندازه دانه‌ها در فواصل کمی دورتر تا حدود ۲۰۰ نانومتر افزایش می‌یابد. برای نمونه شکل (۳-۲۰) تصویر حاصل از میکروسکوپ الکترونی عبوری و الگوی پراش مربوط به ساختار پرلیتی اولیه (الف) را در مقایسه با لایه نانو کریستال نزدیک به سطح (ب) نشان می‌دهد. مقدار سختی سطح در ساختار مورد بحث توسط ابزارهای فرو رونده نانومتری با اعمال بار کم انجام گرفته که نتایج آن در شکل (۳-۲۱) آورده شده است. همان‌گونه که مشاهده می‌شود، سختی فولاد پرلیتی از مقادیر معمول خود یعنی ۵/۲ گیگاپاسکال به حدود ۱۳ گیگاپاسکال در سطح می‌رسد. شیب شدید سختی موجود در مقطع نمونه ناشی از تغییرات ریزساختاری نمونه است. این تغییرات در محدوده چند میکرومتر اتفاق می‌افتد.
افزایش قابل توجه سختی و استحکام مکانیکی در ناحیه نزدیک سطح، به کاهش اندازه دانه‌های کریستالی در اثر فرایند تغییر شکل پیوسته وابسته است. در این راستا نتایج مشابهی نیز در آسیاب‌کاری پودر آهن α و پودر آهن به همراه کربن نشان از افزایش سختی با کاهش اندازه دانه‌ها (با ضریب ۵) دارد. پس از ۵۰ ساعت آسیاب‌کاری پودر آهن (با ترکیبی معادل فولاد سازنده ریل)، کربن به طور کامل در ساختار حل شده، اندازه دانه‌های کریستالی به حدود ۷ نانومتر می‌رسد. مشاهدات مشابهی در مورد سطح تغییر شکل یافته ریل نشان از انحلال کاربیدها در زمینه و اشباع آهن با کربن دارد. باید توجه داشت که دلیل اصلی افزایش سختی در حین آسیاب‌کاری همان کاهش اندازه دانه‌هاست و سهم کمی از آن به ساختارهای شبه مارتنزیتی پر کرنش و اشباع از کربن مربوط می‌باشد.
علاوه بر مسائل بیان شده، مقاومت سایشی سطوح نانوساختار نیز نسبت به ساختارهای معمول بهبود می‌یابد. اندازه‌گیری‌های حاصل از آزمایش سایش خراشان معمول (برای سایش چرخ در تماس با ریل) نشان می‌دهد که نرخ سایش برای لایه نانوساختار سطحی ۵-۱۰×۵۵/۱ میلی‌متر مکعب بر متر و برای سطح تغییر شکل نیافته معادل ۵-۱۰×۷۷/۳ میلی‌متر مکعب بر متر است.

error: Content is protected !!