مهندسی سطح چیست و چه کاربرد هایی دارد؟

تعریف مهندسی سطح به عنوان یک شاخه پیشرفته مهندسی

مهندسی سطح شامل ارتقا خواص ویژه­ سطح یک قطعه، مستقل از مواد زیرلایه است. ارتقا خواص می‌تواند گستره­ وسیعی از ویژگی های ظاهری، خواص نوری، ترشوندگی، مقاومت به خوردگی و یا رفتار تریبولوژیکی سطح را شامل شود. فرآیندهای قطعات مهندسی سطح شده به سه گروه اصلی تقسیم شده اند که در شکل 1 به آن اشاره شده است.

اصلاح اجزای سطح بدون تغییر در ترکیب شیمیایی

اولین گروه شامل فرآیندهایی است که سطح موجود را بدون تغییر در ترکیب شیمیایی، تغییر دهد. این فرآیندها شامل سخت کردن انتقالی (transformation hardening)، ذوب سطحی و ایجاد بافت است. در ادامه به توضیح مختصری درباره‌­ی هر یک پرداخته می­‌شود.

روش سخت کردن انتقالی

ساده­‌ترین روش، ایجاد منطقه‌­ای در سطح قطعه فولاد کربنی است که در آن سطح فولاد توسط گرما دادن به ماده در فاز آستنیت، به سرعت به مارتنزیت تبدیل می‌شود. این فرایند تحت عنوان کوئنچ شناخته شده است (شکل2). این روش به موادی محدود می­‌شود که قابلیت تغییر فاز را داشته باشند. از این رو، این فرایند به آلیاژهای آهنی محدود می­‌شود.

روش ذوب سطحی

از روش­‌ها­ی دیگر در این دسته­، انتقال فاز مایع-جامد است که با ذوب موضعی مواد آلیاژسازی و در ادامه سرد کردن مجدد صورت می­‌گیرد. اگر انجماد سریع باشد، موجب همگن شدن و ریزدانه شدن ساختار می­‌گردد. همچنین ممکن است به تشکیل فاز غیر تعادلی و فوق اشباع منجر شود. این فرآیند با گرمادهی توسط الکترون – بیم و یا لیزر ممکن می­‌شود (شکل3).

اگرچه با روش جوش کاری قوس الکتریکی بدون الکترود مصرفی (مانند فرآیند TIG یا فرآیند گاز خنثی تنگستن) نیز امکان چنین اصلاح سطحی حاصل شده است. در این حال، هیچ ماده­‌ی جدیدی روی سطح رسوب نمی­‌کند و در نتیجه هیچ نگرانی در رابطه با مشکلات فصل مشترک وجود نخواهد داشت.

ایجاد بافت در سطح

بافت­‌دهی سطحی شامل گسترش الگوهای توپوگرافیک روی سطح است.بافت دهی عموما با ایجاد شیارها یا گودی­‌ها در مقیاسی بسیار کوچک انجام می‌­شود (شکل4). این روش برای سطوح یاتاقان­‌های با گودی­‌های به شکل توپ گلف استفاده شده است.

لازم به ذکر است که ایجاد بافت باید با توجه به کاربرد مورد نیاز صورت گیرد. از روش­‌های ایجاد بافت متداول می‌­توان به روش­‌های مکانیکی مانند نورد، سندبلاست، ECAP، لیتوگرافی و استفاده از لیزر اشاره کرد. اصلی­‌ترین متغیرها در این روش ها شکل، اندازه و میزان توپوگرافی‌های سطحی است.

اصلاح اجزای سطح با تغییرات در ترکیب شیمیایی

این گروه شامل فرآیندهایی است که سطح موجود را با تغییر ترکیبات لایه­‌ سطحی اصلاح می­‌نمایند. این فرآیندها ممکن است ساختار کریستالی موجود را با تشکیل محلول جامد یا اختلال در شبکه تغییر دهد. هرچند ممکن است به تشکیل یک فاز جدید، جدا از زمینه منجر شود. این اتفاق با واکنش بین عناصر از زمینه و آن­هایی که وارد فرآیند شده‌­اند رخ می­‌دهد.

در پاره­‌ای از مواقع  لایه­‌ مهندسی سطح شده، از فازهای جدید رسوب کرده در شبکه تشکیل می‌­شود. در حالی که در سایر موارد فاز جدیدی از لایه‌­ جدید (جدا از فازهای زمینه) تشکیل می­‌شود. از مثال­‌های این روش آنودایزینگ است.

فرایندهای پوشش‌­دهی

گروه سوم شامل فرایند هایی است که یک ماده روی سطح اعمال می­‌شود و معمولا به پوشش­‌ها اطلاق می‌­گردد. روش­‌های بسیاری در این دسته جا می­‌گیرند. به طور مثال از ابتدایی‌­ترین روش‌­ها نظیر رنگ زدن تا روش‌­های پیچیده‌­تر نظیر پوشش‌­دهی شیمیایی از فاز بخار CVD، الکتروپلیتینگ، الکتروفورتیک و PEO را شامل می­‌شود.



۱ دیدگاه

دیدگاهتان را بنویسید