آموزش مهندسی سطح پیشرفته

بیشتر تخریب های قطعات صنعتی از سطح آن ها رخ می دهد و اصلاح و بهبود خواص سطح که از آن به عنوان مهندسی سطح نام برده می شود، می تواند به طور قابل ملاحظه ای تخریب قطعات را به تاخیر بیندازد، و البته این فقط یکی از دلایلی است که مهندسی سطح از اهمیت بسزایی برخوردار است.

اگرچه در برخی از مواقع، پوشش یک انتخاب است و استفاده از پوشش مناسب، عمر قطعه را به طور قابل توجهی افزایش می دهد (مانند پوشش های سخت نیترید تیتانیم روی مته های دریل)، در برخی از مواقع، مهندسی سطح یک ضرورت در قطعه نهایی است و بدون تغییر سطح، امکان عملکرد قطعه وجود ندارد. به عنوان مثال، در برخی از پره های ردیف جلویی توربین ها، پوشش سد حرارتی (TBC) جز لاینفک قطعه بوده و عدم وجود پوشش، باعث تخریب سریع پره می شود. در برخی موارد، پوشش یک کاربرد منحصر به فرد به قطعه می دهد.

به عنوان مثال، بخش داخلی چراغ ماشین بسیاری از خودروها پلاستیک است که با آلومینیم پوشش داده شده و خاصیت انعکاسی پیدا کرده است. تمام واکنش های شیمیایی روی سطح مواد انجام می شود و از این رو در مواد جامد، با اصلاح سطح یا پوشش دهی سطح، خوردگی و همچنین خاصیت کاتالیستی ماده، به طور قابل توجهی تغییر پیدا می کند.

از طرفی دیگر، بیشتر زیبایی یک قطعه به سطح آن منوط می شود و با تغییر رنگ سطوح، می توان قطعات را زیباتر کرد. کاربردهای مهندسی سطح بسیار فراوان است و به جرات می توان اذعان داشت که هیچ صنعتی نیست که نیازمند مهندسی سطح نباشد.

با توجه به عملکرد مورد نیاز هر پوشش، روش یا روش های متفاوتی برای اعمال آن وجود دارد. روش پوشش دهی در خلا، یکی از متنوع ترین روش ها برای اعمال گستره وسیعی از پوشش ها است که در این فرادرس به طور دقیقی مورد بحث قرار می گیرد. سپس انواع روش های پاشش و عملیات سطحی با استفاده از لیزر بیان می شود. در نهایت روش های بررسی خواص و ارزیابی پوشش های اعمال شده مورد بررسی قرار می گیرد.

فهرست سرفصل ها و رئوس مطالب مطرح شده در این مجموعه آموزشی، در ادامه آمده است:

• درس یکم: مقدمه ای بر مهندسی سطح
  • مهندسی سطح، راهی برای عملکرد بهینه قطعات
    • معیارهای انتخاب یک عملیات سطحی
      • پارامتر دما
      • پارامتر ضخامت
  • مهم ترین فرایندهای مهندسی سطح (مروری بر فرایندهای مهندسی سطح)
  • مشخصه یابی و ساختارهای پوشش
• درس دوم: پلاسما و کاربرد آن در مهندسی سطح
  • معرفی پلاسما
    • دمای پلاسما
    • چگالی پلاسما
    • حفاظ دبای
  • ویژگی های پلاسما (پارامترهای پلاسما)
  • حرکت تک ذره باردار در حضور میدان الکتریکی و مغناطیسی
  • روش های تولید پلاسما
    • تولید پلاسما با لیزر
    • یونیزاسیون با الکترون
    • تخلیه الکتریکی بین دو الکترود
    • تولید پلاسما در حضور میدان مغناطیسی
  • اندرکنش پلاسما و سطح
    • تمیزکاری سطح
    • فعال سازی سطح
    • اچ کردن قطعه
  • استفاده از پلاسما در فرایندهای مهندسی سطح
    • روش DBD
    • جت پلاسما در فشار اتمسفر
    • کندوپاش (Sputtering)
  • روش پاشش پلاسما
• درس سوم: معرفی خلا و تجهیزات آن (وسایل به کار رفته در سیستم های مدرن مهندسی سطح)
  • آشنایی با خلا
  • مختصری از خواص گاز
    • توزیع انرژی و سرعت ذرات
    • میانگین پویش آزاد
    • زمان تشکیل یک لایه اتمی
  • رها شدن گاز از جامدات
    • نفوذ
    • واجذبی
    • تراوش
  • انواع پمپ های خلا
    • پمپ های مکانیکی
      • پمپ روتاری وین
      • پمپ اسکرول
      • پمپ اسکرو
      • پمپ دیافراگم
      • پمپ روتاری پیستونی
      • پمپ لوب یا روتز
    • پمپ توربو مولکولار
    • پمپ دیفیوژن
    • پمپ جاذب
    • پمپ تصعیدی تیتانیم
    • پمپ جاذب غیر تبخیری
    • پمپ یونی
    • پمپ کرایوژنیک
  • فشارسنج های خلا
    • فشارسنج با اندازه گیری مستقیم
      • فشارسنج دیافراگم
      • فشارسنج دیافراگم ظرفیت خازنی
      • فشارسنج Bourdon Tube
      • فشارسنج براساس دیواره مایع
    • فشارسنج با اندازه گیری غیرمستقیم
      • فشارسنج براساس هدایت گرمایی
        • فشارسنج پیرانی
        • فشارسنج ترموکوپل
      • فشارسنج براساس یونیزاسیون
        • فشارسنج کاتد داغ
        • فشارسنج پنینگ
  • دبی سنج
    • رتامتر
    • دبی سنج جرمی گرمایی توماس
  • شیرهای خلا
    • شیرهای توپی
    • شیر سوزنی
    • شیر پروانه ای
  • محفظه خلا
  • وسایل جانبی
    • فیدترو
      • فیدترو الکتریکی
      • فیدترو پنجره دید
• درس چهارم: لایه شانی در خلا لایه شانی فیزیکی از بخار (PVD)
  • اصول PVD
  • دسته بندی روش های PVD
    • لایه نشانی تبخیری
    • کندوپاش
  • منابع تبخیر (انواع روش های تبخیر)
    • منبع حرارتی مقاومتی
      • تبخیر لحظه ای
    • منبع حرارتی القایی
    • منبع حرارتی باریکه الکترونی
      • تفنگ الکترونی گرما یونی
      • تفنگ الکترونی پلاسمایی
      • مشکلات روش EBPVD
    • منبع حرارتی قویس
      • قوس هدایت شده
    • منبع حرارتی لیزر
  • توزیع ضخامت و یکنواختی پوشش
    • یکنواختی ضخامت مقطع پوشش
    • یکنواختی ضخامت در دو طرف زیرلایه
    • یکنواختی ضخامت در فواصل مختلف از زیرلایه
  • اصول تبخیر فلزات و آلیاژها
    • تبخیر فلزات خالص
    • تبخیر آلیاژها (تک بوته)
    • تبخیر آلیاژها (از دو بوته)
    • تبخیر ترکیبات شیمیایی مانند اکسیدها
  • معرفی کندوپاش (PVD به کمک پلاسما)
    • نواحی مختلف تخلیه نورانی
    • اندرکنش یون با سطح هدف
    • نرخ کندوپاش
    • تاثیر پارامترهای فرایند لایه نشانی
      • دیاگرام تورنتون
      • دیاگرام تورنتون اصلاح شده
    • مقایسه کندوپاش با روش های دیگر PVD
  • تکنیک های کندوپاش
    • تقسیم بندی براساس منبع تغذیه
      • کندوپاش RF
    • تقسیم بندی براساس تعداد الکترودها
      • کندوپاش دیود و تریود
    • تقسیم بندی براساس شکل میدان مغناطیسی
      • کندوپاش و کندوپاش مغناطیسی
      • کندوپاش مغناطیسی نامتعادل نوع ۱
      • کندوپاش مغناطیسی نامتعادل نوع ۲
      • کندوپاش مغناطیسی متعادل
    • تقسیم بندی براساس گاز مورد استفاده
      • فرایند واکنشی و غیرواکنشی
  • ویژگی های پلاسما و بمباران یونی
    • محدوده انرژی یون های برخوردی
    • دسته بندی بمباران یونی
    • اندرکنش یون زیرلایه در هنگام رشد فیلم
    • تاثیر ولتاژ بایاس بر فرایند
  • کنترل فرایند کندوپاش
    • مسموم شدن کاتد در فرایند واکنشی
    • راه های جلوگیری از مسموم شدن
  • کاربردهای روش کندوپاش
    • پوشش های سخت
    • پوشش های تزئینی
    • پوشش های چندلایه
  • آبکاری یونی
    • مزایای آبکاری یونی
• درس پنجم: لایه نشانی در خلا لایه نشانی شیمیایی از بخار (CVD)
  • معرفی روش CVD
    • دسته بندی روش های CVD
  • اصول فرایند CVD
  • سیستم CVD
    • سیستم توزیع گاز
    • راکتورهای CVD
      • راکتور با دیواره سرد
      • راکتور با دیواره داغ
  • طراحی فرایند CVD
    • ترمودینامیک
    • پیش ماده
  • چسبندگی پوشش
    • عوامل کاهش چسبندگی
    • زیرلایه
    • دینامیک جریان گاز
  • عوامل کنترل کننده سرعت
    • مراحل اصلی فرایند CVD
    • تاثیر فشار در مکانیزم کنترل کننده سرعت
    • تاثیر سرعت گاز در مکاینرم کنترل کننده سرعت
  • جوانه زنی
  • مکانیزم لایه نشانی
  • مورفولوژی و ریزساختار (ساختار و شکل لایه ها)
    • تاثیر زیرلایه بر مورفولوژی
  • کاربرد روش های CVD
  • معرفی روش CVD به کمک پلاسما
  • فیزیک و شیمی تخلیه الکتریکی در PACVD
    • مراحل تشکیل پوشش و تاثیر پلاسما بر آن
    • فرایندهای داخل پلاسما
    • تاثیر ولتاژ بایاس
  • تجهیزات PACVD
  • کاربردهای PACVD
  • نیتروژن دهی پلاسمایی
    • اصول نیتروژن دهی
    • شماتیک
    • ترکیب شیمیایی سطح
    • اثر عناصر آلیاژی
    • مزایا و معایب
  • کربن دهی پلاسمایی
    • کربن دهی
    • شرایط کربن دهی پلاسمایی
    • سختی کربن دهی
• درس ششم: کاشت یون و پوشش دهی به کمک یون
  • معرفی فرایند کاشت یون
    • منبع یونی
  • فرایندهای مبتنی بر کاشت یون (مکانیزم های تشکیل لایه)
    • کاشت یون
    • بخیه زنی یونی
    • مخلوط سازی با باریکه یونی
      • مخلوط سازی بازگشتی
      • مخلوط سازی آبشاری
      • نفوذ تسریع شده به واسطه برخورد
      • پوشش دهی به کمک باریکه یونی
  • کاربردها
    • کاربردهای تریبولوژی
      • آلیاژهای فلزی
      • فولادهای آلیاژی و تیتانیم
    • کاربردهای خوردگی
  • تجهیزات مربوط به کاشت یون
    • تفنگ یونی
      • تفنگ یونی RF
      • تفنگ یونی مایکرویو
      • سیستم استخراج یون
    • جداکننده یون (آنالیزور)
    • کنترل جریان باریکه یون
    • نمونه ای از تجهیزات
  • روش کاشت یون با منبع پلاسمایی
  • جنبه های اقتصادی
• درس هفتم: پاشش حرارتی
  • معرفی
  • انواع روش های پاشش حرارتی
    • پاشش سیم
    • پاشش قوس الکتریکی
    • کاربردهای پاشش سیم و قوس
    • پاشش شعله ای پودر
    • کاربرد پاشش شعله ای پودر
    • فرایندهای احتراقی سرعت بالا
      • تفنگ انفجاری Dgun
      • پاشش شعله ای سرعت بالا
      • پاشش سرعت بالا با اکسیژن سوخت
    • فرایند پلاسمای قوسی
      • پاشش پلاسمایی شامل APS، VPS و LPPS
    • مقایسه روش های پاشش حرارتی
  • آماده سازی زیرلایه
  • خواص پوشش
    • مکانیزم اتصال پوشش به زیرلایه
    • استحکام پیوستگی پوشش
    • تنش در پوشش
    • مدول یانگ
    • نرخ رفتگی
  • کاربردهای پوشش
• درس هشتم: عملیات سطحی با استفاده از لیزر
  • آشنایی با عملیات سطحی با لیزر
    • اساس تشکیل لیزر
    • مزایای لیزر
    • فرایندهای ممکن با لیزر
  • جنبه های عملی فرایند لیزر
    • انواع لیزر
      • لیزر گازی CO
      • لیزر گازی اگزایمر
      • لیزر حالت جامد Nd:YAG
    • شرایط سطح
    • گرم و سرد کردن یک بعدی
  • انواع روش های لیزر
    • ذوب سطحی توسط لیزر
    • آلیاژسازی سطحی توسط لیزر
    • روکش کاری لیزری
      • پارامترهای روکش کاری لیزری
  • کاربردهای لیزر
    • کاربردهای مرسوم
    • بافت سازی سطحی
    • آبکاری الکتریکی اصلاح شده
    • خمش غیرتماسی
    • کنترل حوزه مغناطیسی
    • استریولیتوگرافی
• درس نهم: ارزیابی پوشش
  • ارزیابی خواص مکانیکی پوشش
    • تست کشش لایه نازک
      • ست آپ تست کشش لایه نازک
    • تست برآمدگی
    • تست سختی
      • اندازه گیری سختی به طور مستقیم
        • نانوسختی سنجی
      • اندازه گیری سختی به طور غیرمستقیم
      • مقایسه سختی با روش های اندازه گیری متفاوت
    • تعریف چسبندگی پوشش
      • چسبندگی واقعی پوشش
    • نوع اتصال در پوشش ها
    • شرایط ایده آل تست چسبندگی
    • اندازه گیری چسبندگی
      • روش های جوانه زنی
      • آزمون Pull off
      • آزمون موج ضربه ای
      • آزمون فروروندگی
        • ترک های آزمون فروروندگی
      • آزمون خراش
  • ارزیابی خواص تریبولوژی پوشش
    • مکانیزم های سایش
      • سایش چسبان
      • سایش شیمیایی
      • سایش رفتگی
  • زبری پوشش
    • روش های اندازه گیری زبری
    • توپوگرافی سطح
    • پارامترهای زبری
  • ضخامت پوشش
    • اندازه گیری ضخامت با پروفیلومیتر
    • اندازه گیری ضخامت با SEM
    • اندازه گیری ضخامت درجا با QCM
    • اندازه گیری ضخامت براساس جریان ادی

مفید برای رشته های

• مهندسی مواد و متالورژی
• مهندسی مکانیک
• مهندسی شیمی
• مهندسی پلاسما