تأثير عمليات نيتراسيون بر ساختار، سختي سطح و رفتار سايشي فولاد 4140 پوشش داده شده به روش الكترولسNi-P

Effect of Thermochemical Treatment on The Structure, Hardness and Wear Behavior of Electrolss Ni-P Coated 4140 Steel

در اين تحقيق از فرايند نيتروره كردن در اتمسفر H2/NH3 به عنوان روشي براي عمليات حرارتي پوششهاي الكترولس Ni-P بر روي زيرلايه فولاد 4140 استفاده شد. براي اين منظور پوششهايي از Ni-P حاوي حدود 9% فسفر با ضخامتهاي 2، 24 و 48 ميكرون، بر روي نمونه‌ها اعمال شده و اثر عمليات نيتراسيون بر مورفولوژي، تغييرات ساختاري، زبري و سختي پوششها با انجام آزمايشهاي SEM، EDS، XRD، زبري سنجي و ميكروسختي سنجي مورد بررسي واقع شد. آزمايش سايش نيز به منظور ارزيابي رفتار سايشي نمونه‌ها انجام شد. در اين راستا رفتار سايشي نمونه‌هاي نيتروره شده شامل نمونه‌هاي با و بدون پوشش Ni-P مورد مقايسه قرار گرفت. نتايج نشان داد كه تأثير فرايند نيتراسيون، بستگي به ضخامت پوشش Ni-P متفاوت است. همچنين مشخص شد كه عمليات نيتراسيون بيشترين تأثير را بر نمونه‌هاي با پوشش نازك (2 ميكرون) دارد به طوري‌كه انجام اين عمليات مي‌تواند موجب توسعه نوعي پوشش چند جزيي حاوي فازهاي بين فلزي، فسفيد و نيتريد به همراه منطقه محدود نفـوذي در سطـح فولاد حاوي پوشش نازك Ni-P(با ضخامت 2 ميكرون) شود. اين فولاد تحت نيروي بالاتر سايش، مقاومت سايشي بهتري نسبت به فولاد حاوي پوشش ضخيمتر(24 ميكرون) از خود ارايه داد. رفتار مذكور به تشكيل فازهاي نيتريدي در سطح و نيز ايجاد ناحيه متأثر از نفوذ نيتروژن در زير سطح فولاد اخير نسبت داده شد.

In the present stady, thermochemical treatment in H2/NH3 atmosphere was used as a post-treatment for electroless Ni-P coatings on the AISI 4140 steel substrates. High phosphorus (9%) coatings with thicknesses of 2, 24 and 48 m were applied and the effects of the thermochemical treatment on the morphology, structural changes, roughness, hardness and wear resistance of coatings were studied by SEM, EDS, XRD, profilometry, and microhardness tester. Wear test was used to evaluate wear characteristics of coatings. The wear behaviour of the thermochemical treated/Ni-P coated samples was assessed by comparison with thermochemical treated/uncoated (nitrided) samples. The results showed that effect of thermochemical treatment varies with the coating thickness. In addition, it was shown that a multicomponent coating containing phosphide, nitride and intermetallic phases as well as diffusion region can be developed in the thin (2 m) electroless Ni-P coated steel by thermochemical treatment. This sample showed better wear resistance than 24 m Ni-P coated steel under higher load. This behavior was ascribedto nitride phases formed at the surface as well as a nitrogen diffusion zone at the subsurface of thin Ni-P coated steel