کاربرد روش سطح پاسخ در بهینه سازی ضخامت و سختی پوشش کاربید کروم ایجاد شده به روش حمام نمک مذاب (TRD)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، گروه مهندسی مواد، واحد کرج، دانشگاه آزاد اسلامی،کرج، ایران.

2 دانش آموخته دکتری، دانشکده مهندسی مواد و متالورژی، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران.

چکیده

فرایند رسوب و نفوذ حرارتی یکی از روش های اصلاح خواص سطحی یا تغییر ترکیب شیمیایی سطح است که در آن، از طریق نفوذ عنصر کروم از طریق اتمسفر پوشش دهی و اتم کربن زیر لایه توسط فرآیند نفوذ با یکدیگر واکنش می دهند و به دلیل پایین بودن انرژی ایجاد کاربید، باعث ایجاد پوشش سخت و متراکم کاربید کروم روی سطح فولاد می‌شود. برای ایجاد کاربید کروم نمونه در مخلوطی از فرو کروم، بوراکس و اسید بوریک قرار می‌گیرد. برای بدست آوردن حالت بهینه از سه متغیر دما (980-1020 درجه سانتی گراد)، زمان (2-10 ساعت) و فاصله نمونه از سطح مذاب (1/4 h-3/4 h) استفاده شد. نتایج نشان می‌دهد که پوشش ایجاد شده سختی در حدود 1300-2800 ویکرز و ضخامتی در حدود 40 میکرون دارد. نتایج برای حالت بهینه نشان می‌دهد که بیشترین احتمال حالت بهینه در زمان 26/9 ساعت، دمای 1020 درجه و فاصله h75/0 از سطح مذاب حاصل شد. بهینه نتایج خروجی بدست آمده از شرایط مذکور، ضخامتی در حدود 37 میکرون و سختی در حدود 2650 ویکرز است که درصد دستیابی به این نتایج در حدود 99% گزارش شد. نتایج بدست آمده با مقدار واقعی صحت سنجی شد که در سطح 95 درصد نتایج با مقادیر تجربی همخوانی دارد. ارتفاع از سطح مذاب بیشترین تاثیر را در ضخامت و سختی دارد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Application of Response Surface Method to Optimize Thickness and Hardness of Chromium Carbide Coatings Created by Thermo-Reactive Diffusion (TRD)

نویسندگان [English]

  • Mehran Tadayo saidi 1
  • Babak Ghorbanian 2
1 Assistant Professor, Department of Materials Engineering, Karaj Branch, Islamic Azad University, Karaj, Iran.
2 Phd graduate, Department of Materials Engineering, Semnan University, Semnan, Iran.
چکیده [English]

by Thermo-Reactive Diffusion is one of the methods to modify the surface properties or change the chemical composition of the surface in which, through the penetration of chromium element through the coating atmosphere and the carbon atom of the substrate by the diffusion process react with each other and due to low The energy of carbide formation creates a hard and dense coating of chromium carbide on the steel surface. To make chromium carbide, the sample is placed in a mixture of ferrochrome, borax and boric acid. To obtain the optimal state of three variables of temperature (in three levels of 980, 1000 and 1020 ° C), time (in three levels of 2, 6 and 10 hours) and distance of the sample from the molten surface (in three levels of 1/4 h, 1/2 h and 3/4 h) were used. The results show that the hardness of coating is about 1300-2800 Vickers and the thickness is about 40 microns. The results for the optimal state show that the highest probability of the optimal state was obtained at 9.26 h, 1020 ° C and 0.75 h distance from the molten surface. The optimal output results obtained from the mentioned conditions are a thickness of about 37 microns and a hardness of about 2650 Vickers, the achievement of these results was reported to be about 99%. The obtained results were validated with real value which is consistent with experimental values ​​at 95% level. Height from the molten surface has the greatest effect on thickness and hardness.
e nanoparticles was investigated. Cytotoxicity of the nanoparticles on HT29 cancer cells was evaluated. CuFe2O4 copper ferrite nanoparticles were also analyzed by hypothermia method. The results showed a rise in temperature to about 42 ° C and a specific adsorption rate of 9.62 W/g.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • by Thermo-Reactive Diffusion (TRD)
  • Response surface method
  • chromium carbide coating
[1] Ghorbanian, B., and Mousavi Khoie. S. M., "Formation of vanadium carbide with the plasma electrolytic saturation method (PES) and comparison with Thermo Reactive diffusion method (TRD)." Acta Metallurgica Slovaca 22.2 (2016): 111-119.
[2] Ghorbanian, B., and Mousavi Khoie, S. M.. "COMPARISON THE VANADIUM CARBIDE COATING CREATED VIA PLASMA ELECTROLYTIC SATURATION AND TERMO REACTIVE DIFFUSION." ACTA METALLURGICA SLOVACA 22.2 (2016): 111-119.
[3] A.L. Yerokhin, X. Nie, A. Leyland, A. Matthews and S.J. Dowey, Plasma electrolysis for surface engineering, Surface and Coatings Technology 122 (1999) 73–93.
[4] Ghorbanian, B., Mousavi Khoie, S. M., Rasouli, M., Javadi, R.,  "Investigation Of The Electrolyte Effects On Formation Of Vanadium Carbide Via Plasma Electrolytic Saturation Method (Pes)." Surface Review and Letters 23.04 (2016): 1650021.
[5] Gao, Y., Ghorbanian, B., Garagari, H.N. "Catalytic activity of char produced from brown coal for steam-gasification of bitumen oil." Petroleum Science and Technology 36.1 (2018): 75-78.
[6] Gao, Y., Ghorbanian, B., Garagari, H.N. "Steam gasification of bitumen oil in presence of Ni/dolomite catalysts." Petroleum Science and Technology 35.21 (2017): 2074-2079.
[7] Momeni, F., Ghorbanian, B. "Study of Current and Voltage Diagram In The Formed Vanadium Carbide Coatings Via Plasma Electrolytic Saturation Method." JOURNAL OF MATERIALS 7.11 (2016): 4073-4078.
[8] M.Aghaie-Fakhri, M., and  Fazlalipour, F., "Vanadium carbide coating on die steel deposited by thermo-reactive diffusion technique", journal of physics and chemistry of solides 69,(2008): 41-43.
[9] Jurkov, J.I., Melnichuv G.A., Stepanova, N.V., "Composition for depositing diffusion carbide coating on iron carbon alloys articles", (2005):21-66.
[10] Arai T., "TRD Method", Proceeding of the Japan international tribology conference nogaya, (1990): 22-36.
[12] Gudyka, Sylwia, et al. "Enhancing the deN2O activity of the supported Co3O4| α-Al2O3 catalyst by glycerol-assisted shape engineering of the active phase at the nanoscale." Applied Catalysis B: Environmental 201 (2017): 339-347.
[13] Azuaje, Jhonny, et al. "An efficient and recyclable 3D printed α-Al2O3 catalyst for the multicomponent assembly of bioactive heterocycles." Applied Catalysis A: General 530 (2017): 203-210.
[14] Schaper, H., and L. L. Van Reijen. "A quantitative investigation of the phase transformation of gamma to alpha alumina with high temperature DTA." Thermochimica acta 77.1-3 (1984): 383-393.
[15] Dean, Angela, Daniel Voss, and Danel Draguljić. "Response surface methodology." Design and analysis of experiments. Springer, Cham, 2017. 565-614.
[16] تجلی، م.، قربانیان، ب.،  "بررسی خواص سایشی پوشش کاربید کروم ایجاد شده به روش حمام نمک مذاب"،  هجدهمین همایش ملی مهندسی سطح و چهارمین همایش تخصصی فراوری مواد با لیزر، اصفهان، انجمن علوم و تکنولوژی سطح ایران، (1396).
[17] Barton, Russell R. "Response surface methodology." Encyclopedia of Operations Research and Management Science. Springer, Boston, MA, 2013. 1307-1313.
[18] قربانیان، ب.، تجلی، م.، موسوی خوئی، س.م.، توکلی، ح.، "کاربرد روش سطح پاسخ در بهینه سازی ترکیب شیمیایی و سختی پوشش اکسید آلومینیمی ایجاد شده به روش پلاسمای الکترولیتی"، فصلنامه علمی-پژوهشی مواد نوین  9.36 (1398): 69-82.‎
[19] تدین سعیدی، م.، و قربانیان، ب.، "کاربرد روش سطح پاسخ در بهینه سازی ضخامت و سختی پوشش وانادیم کاربید ایجاد شده به روش پلاسمای الکترولیتی." فصلنامه علمی-پژوهشی مواد نوین 9.34 (1397): 111-1200.‎