فهرست مطالبمقدمه 3پیشینه تحقیق 4تئوری تحقیق 41- فرایندهای انجام شده روی سطح الکترود در الکترولیز 42- مشخصات جریان-ولتاژ فرآیند الکترولیز پلاسمایی 53- فرآیندهای فیزیکی-شیمیایی ناشی از وجود پلاسما 64-واکنشهای شیمیایی پلاسما 85- اثرات Cataphoretic 96- مکانیزم های فرآیند PET 107-فرآیندهای نفوذی در روش الکترولیز پلاسمایی 118- اثر ترکیبات الکترولیت﴿انتخاب الکترولیت برای PES﴾ 129- ترکیبات و ساختار سطح﴿لایه های سطحی نیترید/کاربید روی فولادها﴾ 1310- مزایای تکنولوژی الکترولیز پلاسمایی(PET) 1411- کاربردهای فرآیند الکترولیز پلاسمایی 1512- ابزار تکنولوژی PED 1713- خواص لایه های سطحی نیترید/کاربید 17هدف از انجام تحقیق 20مواد و تجهیزات مورد نیاز برای اعمال پوشش سرمت بر روی سطوح فولادی 20روش رسوب دهی 21خلاصه و نتیجه گیری 21منابع 23مقدمه:سرمت آلیاژ مقاوم در برابر حرارت است که با همجوشی پودر فلزات و مواد سرامیکی تولید می شود. بیشتر سرامیک ها در مقابل عوامل اکسیدکننده مقاومت بالایی از خود نشان داده اند. این خاصیت با شکل پذیری(انعطاف پذیری) فلزات توام شده و ماده ای به نام سرمت(مخففceramic metal) را ایجاد کرده است که دارای استحکام وسختی بسیار می باشد و در برابر حرارت های بالا و در برابر تغییرشکل و ضربه مقاوم است.روشهای مختلفی برای ایجاد پوشش های سرمتی روی سطح مواد فلزی وجود دارد مانند پاشش حرارتی، لایه نشانی لیزری، رسوب دهی با بخار و غیره. در میان این روش ها، روش رسوب دهی با الکترولیز پلاسمایی(PED) از بهترین روش ها است چون حرارت دهی پنهانی مواد زیرلایه را در حین فرایند داریم و پوشش هایی با اتصال متالورژیکی به سطح زیرلایه فلزی ایجاد می شود. البته عیب اصلی این روش، ولتاژ بالا برای بدست آوردن شدت میدان الکتریکی بحرانی 610،810 V/m می باشد که این به دلیل جدایش الکترود با الکترولیت بوسیله لایه گازی است.[1-3]در این روش، قوس هایی در الکترولیت ایجاد می شود که باعث بوجود آمدن پلاسما می گردد. با این روش می توان با سرعت های رسوب دهی بالا و بهطور مناسبی پوشش دهی را انجام داد. در این روش می توان هم از روش آندی و هم کاتدی استفاده نمود.[4]یکی از سرمت هایی که می توان روی سطوح فولادی اعمال کرد، سرمت WC-Co می باشد. این سرمت برای جاهایی که نیاز به مقاومت سایشی بالایی دارند استفاده می شود. مقاومت سایشی بالای این سرمت به علت سختی بالا و تافنس شکست متوسط آن می باشد. مواد دیگری مانند Cr3C2/TiC-NiCrMo نیز قابل استفاده و بررسی می باشد. پیشینه تحقیق:آزمایشاتی در مورد پوشش دهی فولاد با سرمت WC-Co به روش PED انجام شده است.مؤثرترین آن پوشش دهی با استفاده از الکترولیت (NH2)2CO و KF می باشد.اعمال روش PED روی WC-Co چسبندگی بسیار خوبی را بین پوشش سرمت و زیرلایه فولادی بدست آورده است. همچنین با این کار کاربیدهای بیشتری و نیز بعضی نیتریدها به جای اکسیدها تشکیل شده اند. با این کار سختی بالا و مقاومت سایش عالی از این پوشش سرمت بدست آمده است.[1,5]تئوری تحقیق:1- فرآیند انجام شده روی سطح الکترود در الکترولیز:با توجه به شکل 1 در الکترولیز روی سطح الکترودها تعدادی فرآیند داریم. در سطح آند آزادسازی اکسیژن گازی و/یا اکسید فلزی اتفاق می افتد. با توجه به فعالیت شیمیایی الکترولیت، فرآیند اکسیداسیون می تواند منجر به انحلال سطح یا تشکیل فیلم اکسیدی شود. در سطح کاتد هم آزادسازی هیدروژن گازی و/یا احیای کاتیون می تواند رخ دهد.شکل1 2- مشخصات جریان– ولتاژ فرآیند الکترولیز پلاسمایی:شکل 2 نموداری از جریان ـ ولتاژ یک سیستم فلز-الکترولیت با آزادسازی گاز روی سطح کاتد را نشان می دهد. در این سیستم در ناحیه 0-U1 با افزایش ولتاژ، جریان هم با توجه به قانون اهم بالا می رود. در این حالت حباب های زیادی روی سطح الکترود به علت الکترولیز شدید محلول و آزادسازی حرارت، ایجاد می شود. در U1-U2با افزایش پتانسیل، نوسان جریان همراه با نورافشانی را داریم. این افزایش جریان بوسیله ایجاد پوششی با هدایت الکتریکی پایین از محصولات گازی واکنش(O2 یا H2) روی سطح الکترود محدود می شود. در نواحی که الکترود در تماس با مایع باقی می ماند، دانسیته جریان زیاد می شود. این امر باعث جوش آمدن موضعی در مجاور الکترود می شود. در این ناحیه E به بین106و108می رسد که برای آغاز فرایند یونیزاسیون در پوشش بخار کافی است. یونیزاسیون در ابتدا مانند یک جرقه سریع در حباب های گاز پخش و ظاهر می گردد. سپس به صورت یکنواخت انجام می شود. به دلیل پایداری هیدرودینامیکی پوشش بخار در ناحیه U2-U3، جریان افت می کند. در این ناحیه، پوشش پلاسما در حال تشکیل شدن است. در نقطه U3، کاتد بوسیله پلاسمای بخار گازی پیوسته احاطه شده است. این جدایش کامل الکترود از الکترولیت بوسیله این پوشش گازی باعث کاهش شدید جریان در سطح الکترود می شود. در این حالت شرایط عملیات هایی مثل کربوره و نیتروره کردن الکترولیز پلاسمایی(PEN/PEC) ایجاد شده است. بعد از این نقطه ولتاژ تقریبا ثابت می شود. دراین ناحیه یون های فعال شده C وN داریم که به ترتیب تحت تاثیر دما و غلظت موضعی بالای این مواد، روی سطح رسوب کرده و به درون قطعه نفوذ می کنند. تحت چنین شرایطی اشباع سطح می تواند غالبا در 3 تا 5 دقیقه صورت گیرد و فرآیند کامل شود. با افزایش ولتاژ در نقطه U5 در پوشش پلاسما، قوس شدیدی ایجاد می شود که برای سطح قطعه مضر می باشد پس نباید به این نقطه در پوشش دهی برسیم[4,6,7]شکل2 3- فرآیندهای فیزیکی-شیمیایی ناشی از وجود پلاسما:پدیده پلاسما به طور قابل توجهی فرآیندهای اصلی الکترود را تغییر می دهد چون باعث افزایش هردو فرآیند فیزیکی و شیمیاییby-product و تحریک فرآیندهای جدید روی سطح الکترود می شود(شکل 3). بنابراین فرآیندهای حرارتی و نفوذی، واکنشهای شیمیایی پلاسمای جدید و جابجایی ماکروذرات(یعنی اثرات cataphoretic) در حین فرآیند الکترولیز محتمل می شود. این فرآیندها در کاربردهای گوناگونی از الکترولیز پلاسما استفاده می شود، که شامل عملیات حرارتی بوسیله پلاسما و ذوب، جوشکاری، تمیزکاری، اچ کردن، پولیش کردن، تخلیه نفوذی و رسوب(یعنیPED) می باشد و در میان این تکنیک های الکترولیتی پلاسما، گروه PED﴿که شامل روشهای PEO وPES- شامل PEC، PEN، PEBو ... است﴾ به عنوان روشهای با هزینه مناسب برای شکل دهی لایه های سطحی با تریبولوژی ،خوردگی و مانع حرارتی بالاپذیرفته شده است.. با توجه به شکل 3، لایه هایی که تشکیل می شود نتیجه اصلاح فرآیندهای اصلی الکترود است،که اصولا ناشی از واکنشهای شیمیایی متاثر از وجود پلاسماو فرآیندهای نفوذی روی سطوح الکترود است. در ابتدا اکسیداسیون آندی در مورد PEO و الکترولیز محلول و احیای کاتیون در مورد PES داریم. نقش فرآیندهای دیگر فیزیکی-شیمیایی ناشی ازوجود پلاسما در تشکیل لایه سطحی، کمتر آشکار می باشد؛ ولی غالبا وابستگی داخلی با فرآیندهای شیمیایی و نفوذی وجود دارد و بنابراین مستحق توجه بیشتری است.[6]شکل3 4- واکنشهای شیمیایی پلاسما:شکل دیگر الکترولیز پلاسما، تشکیل ساختارهای سطحی خاص است مانند فازهای دمای بالا metastable، محلولهای جامد غیرتعادلی، مخلوط-ترکیبات پیچیده، فازهای شیشه ای و غیره. این مواد به عنوان نتیجه واکنش های ترموشیمیایی پلاسما در سطح الکترود تشکیل می شوند. واکنش ها ممکن است در دشارژهای توسعه داده شده در پوششهای بخار یا به طور مستقیم در لایه سطحی اتفاق افتد پس شرایط آن به ناحیه نزدیک الکترود وابسته است.مطابق با دینامیک های پدیده دشارژ، درهم کنش شیمیایی الکترولیز پلاسما در دو مرحله اتفاق می افتد: یونیزاسیون و تراکم. در مرحله اول،یونیزاسیون ضربه ای یا حرارتی در ناحیه دشارژ اتفاق می افتد. فرآیندهایی که اینجا اتفاق می افتد اساسا شامل تجزیه ترکیب است. این فرآیندها به سرعت با گرمازایی قابل توجهی و انبساط حجم همراهند. به این علت، پلاسما در کانال دشارژ در یک دوره زمانی کمتر از6- 10 ثانیه به دماها و فشارهای بالا می رسد. میدان الکتریکی در کانال دشارژ، ذرات باردار شده را در پلاسما جدا می کند. بعضی از آنها ( به طور مثال یونهای مثبت) درون الکترولیت آزاد می شوند و باقیمانده (به طور مثال یونهای منفی) در فرآیندهایی روی سطح الکترود شرکت می کنند. در حین مرحله دوم، دما به سرعت افت می کند و اجزای پلاسما، محصولات را که درون کانال دشارژ متراکم شده اند را تشکیل می دهند. زمانی که سرعت سرد کردن به8 10k/s می رسد، فلزهای بسیار دما بالا، محلولهای جامد فوق اشباع شده و ترکیبات غیرتعادلی می توانند روی سطح در نزدیک دمای محیط ثابت شوند.ترکیب فاز، فاکتور اصلی است که انجام حقیقی مکانیکی یا تریبولوژی لایه سطح را تعیین می کند. بنابراین پیش بینی کردن ترکیب فاز در لایه تحت عملیات، یک مشکل کاربردی مهم در PED است. تعیین محلول دقیق، کاملا سخت است، خصوصا با توجه به دشواریهای تعریف دقیق پارامترهای سینیتیک پیچیده تمام واکنش هاییکه در ناحیه دشارژاتفاق می افتد. راه کیفی برای حل این مشکل این است که احتمال تشکیل فاز در لایه سطح با استفاده از دیاگرام تعادلی فاز برای سیستم مشابه تخمین زده شود.[6]