کتاب پوشش های نفوذی اثر محمود علی اف خضرایی

کتاب پوشش های نفوذی اثر محمود علی اف خضرایی

مروری کوتاهی از کتاب :
کتاب حاضر، نتیجه تجارب مختلف در زمینه تولید و استفاده از پوشش­های نفوذی در قطعات صنعتی است. پرداختن همزمان به مبانی علمی و ارائه مثال­های متعدد از تحقیقات آزمایشگاهی و صنعتی در زمینه پوشش ­های نفوذی، این کتاب را به عنوان منبعی مستدل و قابل اطمینان برای اقشار مختلف همچون دانشجویان، پژوهشگران و متخصصان حاضر در صنعت تبدیل کرده است. این کتاب مشتمل بر 38 فصل است که در ادامه به اختصار درباره آن­ها توضیح داده می­ شود.

در بخش اول (فصل ­های1و2) توضیحات کلی درباره پوشش­ های نفوذی ارائه شده است. استفاده از اتمسفرهاي بدون اکسيژن در کربن‌دهي گازي يا فرآيندهاي کربن‌دهي خلاء روش‌هايي هستند که براي حذف فرآيند اکسيداسيون شناخته مي‌شوند و گفته مي‌شود که اتمسفرهاي شامل نيتروژن آن را کاهش مي‌دهند. بااین­حال، روش معمول کربن‌دهي گازي با استفاده از گاز حامل گرماگير هنوز پر طرفدارترين روش سخت‌کاري سطحي است و کاربرد آن براي ساليان سال ادامه خواهد داشت. بخش دوم (فصل 3 تا فصل 6)، فرآیند کربن­دهی و كربن‌زدايي را مورد بررسی قرار داده است. کربن‌زدايي، همان‌طور که از اسم آن پيدا است، به معني از دست رفتن اتم‌هاي کربن از سطح قطعه است. در این فرآیند، سطحي با محتواي کربن کمتر نسبت به بخشي که به فاصله کمي زير سطح قرار دارد ايجاد مي‌شود. اگر کربن‌دهي شیبي مثبت براي کربن ايجاد کند، کربن ­زدايي شیب منفي براي کربن ايجاد مي‌کند. خواص و مشخصات مفيدي که از کربن‌دهي و سخت‌کاري ناشي مي‌شوند درصورتيکه سطح قطعه کربن‌زدايي شود، تحقق نخواهد يافت. بنابراين، کربن‌زدايي يک ویژگی متالورژيکي ناخواسته است. مقدار بهينه براي کربن‌زدايي صفر در نظر گرفته مي‌شود، اما در واقعيت، احتمال به وقوع پيوستن آن به مقدار اندک وجود دارد. اگرچه غالب فرآيندهاي کربن­دهي کماکان در فشار جو انجام می ­شوند، اما دستاوردهاي اخير در زمينه کوره ­هاي خلاء و فناوري فولاد به اين معناست که اکنون اين فرآيند با روش دوستدار محيط زيست و در فشار پايين انجام می­شود. دامنه انواع موادي که در شرایط خلاء کربن­دهي مي­شوند به طور روزافزوني در حال گسترش است. فرآیند نیتروژن­ دهی در بخش سوم (فصل های 7 تا 10) مورد بررسی قرار گرفته است. فرآيند نيتروژن‌دهي، که براي اولين بار در اوايل دهه 1900 توسعه یافت، همچنان نقش مهمي در بسياري از کاربرد‌هاي صنعتي دارد. نيتروژن‌دهي به همراه فرآيند نيتروکربوراسيون (نيتروژن-کربن دهي) حاصل از آن اغلب در ساخت هواپيما، قطعات خودرو، ماشين‌آلات نساجي و ژنراتورهاي توربين بکار مي‌رود. در بخش چهارم (فصل های 11 تا 13) به بررسی روش حمام نمک پرداخته شده است. در اواسط دهه 1930 روشي جايگزين براي فرآيند نيتروژن‌دهي گازي جستجو شد که بتواند پوسته­اي توليد کند که يکنواخت‌تر باشد و از نظر متالورژيکي بهتر شکل گرفته باشد. محققان بر این عقیده بودند که يک مايع مي‌تواند از طريق تماس سطحي با فولاد يکنواختي و همگني لازم را محقق کند. عمق و کيفيت پوسته توسط ترکيب شيميايي اين مايع تعيين مي‌شود. نياز به يک منبع حرارتي براي نفوذ نيتروژن به درون سطح فولاد بود. مشخص شد که نمک‌هاي سيانيدي الزامات اين فرآيند را برآورده می­ سازند و اين گونه بود که نيتروژن‌دهي در حمام نمک آغاز شد. نيتروژن‌دهي در حمام نمک در اصل با فرآيند نيتروژن‌دهي گازي يکسان است و تنها ماده واسط آن متفاوت است. تجزیه و تحلیل روش بمباران یونی در بخش پنجم (فصل ­های 14 و 15) انجام شده است. يونيزه کردن گاز روشي است که موجب نوعي عدم تعادل بار الکتريکي در گاز مي‌شود. در فشار و پتانسيل الکتريکي معيني، گاز به فرم تابناک مي‌رسد (چيزي شبيه به گاز مورد استفاده در لامپ­هاي نئون). پديده يونيزاسيون گاز براي اولين بار در دهه 1800 ميلادي بررسي شد. روش پلاسما بر اين پديده طبيعي مبتني است و فرآيند نيتروژن‌دهي که از اين روش بهره مي‌برد، نيتروژن‌دهي يوني ناميده مي‌شود. مطالب مرتبط با روش بستر سیال نیز در بخش ششم (فصل ­های 16 و 17) ارائه شده‌اند. سيستم کوره بستر سيال را مي‌توان براي عمليات نيتروژن‌دهي گازي به کار برد. کوره بستر سيال از تجهيزات منحصر به فرد عمليات متالورژي است که امکان انجام بيشتر فرآيندهاي عمليات حرارتي را به کاربر مي‌دهد و عمليات سطحي نيز از آن جمله‌اند. تمرکز اين مبحث بر نيتروژن‌دهي در بستر سيال است. نيتروژن‌دهي بستر سيال از نظر روش بکار رفته در فرآيند، مشابه با نيتروژن­دهي گازي است و از نظر روش انتقال گرما به نيتروژن‌دهي حمام نمک شباهت دارد. در بخش هفتم (فصل های 18 تا 22)، موضوع کنترل فرآیند مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. مسئله کنترل گاز فرآيند براي نيتروژن‌دهي پلاسمايي (يوني)، مسئله تخمين دبي گاز مورد نياز براي دستيابي به متالورژي سطحي مورد نظر است. در سيستم‌هاي مرسوم نيتروژن‌دهي گازي درجه تفکيک گاز آمونياک اندازه‌گيري مي‌شود. بخش هشتم (فصل های 23 تا 27) به ارائه مطلب در زمینه نیتروژن-کربن­دهی می­پردازد. نيتروژن-کربن‌دهي فريتي به معني انجام عمليات سطحي براي قطعه در منطقه فريتي نمودار تعادلي آهن-کربن است. ازآنجاکه فرآيند در منطقه فريتي اتفاق مي‌افتد، نيتروژن و کربن، هر دو به سطح فولاد نفوذ مي‌کنند. اين فرآيند جزو عمليات ترموشيميايي (حرارتي-شيميايي) طبقه‌بندي مي‌شود. هدف از اين فرآيند، نفوذ اتم‌هاي نيتروژن و کربن به محلول جامد (بلور) آهن و بنابراين به دام انداختن اتم‌هاي نفوذ کرده در فضاهاي درون شبکه‌اي ساختار فولاد است. در بخش نهم (فصل های 28 تا 30) انواع روش­های پلاسمای کم ­فشار مورد بررسی قرار گرفته‌اند. اخيرا در صنايع الکترونيکي مسير توسعه نسل جديد منابع پلاسمايي کم‌فشار با چگالي بالا به سوي توسعه مفهوم تازه­ای از فرآيند نيتروژن‌دهي به کمک پلاسما باز شده است. ويژگي مشترکی از اين منابع با چگالي بالا در اين فرآيند، رهاسازي پلاسماي سطح زيرلايه و اغلب از بخشي از راکتور بارگذاري شده با زيرلايه‌هاست. هدف این بخش، بررسي فرآيندهايي است که در فشار کمتر از ده پاسكال عمل مي‌کنند و با تحليل فعل و انفعالات سطح پلاسماي مرتبط با فرآيند نيتروژن‌دهي به کمک پلاسما آغاز مي‌شوند. بخش دهم (فصل 31) به طور کامل به روش سمانتاسیون اختصاص داده شده است. سمانتاسیون جعبه­ای روشی سنتی است که هنوز برای اعمال پوشش­های نفوذی با رویه­های استانداردی برای رسوب کروم، آلومینیم و روی استفاده می­شود. به عنوان مثال در 1957 تا اواسط 1960در صنعت توربین گازی، روش سمانتاسیون جعبه ­ای به سرویس موتور هوایی معرفی و به طور گسترده برای پوشش اجزای توربین استفاده شد. در بخش یازدهم (فصل­ های 32 و 33) انواع کوره ­های صنعتی معرفی و بررسی شده­اند. کوره­های حرارتی فرآیندهای صنعتی، محفظه ­های عایق­دار طراحی شده برای انتقال گرما هستند. این کوره­ها برای بسیاری از فرآیندهای حرارت ­دهی طراحی شده ­اند. ذوب فلزات آهنی و شیشه­ ها، مستلزم درجه حرارت بسیار بالایی است و ممکن است شرایط فرسایشی و خورنده ایجاد کند. در شکل دادن فلزات، حرارت زیاد لازم است تا بتوان مواد را نرم کرد و عملیاتی مثل آهنگری را انجام داد. اهميت کوره ­ها و سوخت آنها به قدري است که همواره در مرکز توجه صنایع گوناگون قرار دارند. کوره­ها تقریبا در تمامی صنایع پیشرفته کاربرد دارند. بخش دوازدهم (فصل های 34 تا 38) آخرین بخش این کتاب است كه به روش پلاسمایی الکترولیتی اختصاص یافته است. اين گروه از روشها نسبتا جديد مي‌باشند و بخش عمده‌اي از تحقيقات اينجانب در طي پانزده سال اخير در اين حوزه بوده است. وجه اشتراک اصلی روش­هايي که با عنوان کلی پلاسماي الکتروليتي براي پوشش‌دهي استفاده مي­شوند، وقوع پديده تخليه پلاسما در فصل مشترک الکترود-الکتروليت در پتانسيل­ هاي بالا است. در سالیان اخیر از پلاسماي الکتروليتي بر روي فلزات سبک همچون تیتانیم استفاده می­ شود. بر روی سطح اين فلزات، معمولا پوششي ضخيم، سخت و با چسبندگي بالا ایجاد می­شود. اين لايه اکسيد سراميکي با شکل­ها و ترکيبات فلزي مشخص، داراي مقاومت به خوردگي و سايش عالي و پايداري حرارتي همچون ديگر خواص الکتروفيزيکي و شيميايي است. همچنین در انتهای کتاب ضمیمه­ ای تصویری ارائه شده است که شامل تصاویری در رابطه با اعمال پوشش­ های نفوذی روی زیرلایه­های فولادی، پوشش­های نفوذی به روش آلومینایزینگ، پوشش­ های نفوذی به روش سمانتاسیون و رسوب ­دهی فاز بخار (CVD)، فرآیندهای کربن­دهی و نیتروژن­ دهی، انواع کوره­های زمینی و پوشش­های نفوذی بر روی قطعات صنعتی است.