مقدمه
مهندسی سطح
پدیده تماس سطحی و تریبولوژی
تکنیکهای شناسایی
بنیانهای فرآیند مهندسی سطح پیشرفته برای حفاظت از ابزار
عاملدارکردن به روش فیزیکی شیمیایی بخش اول: نیتریددارکردن حرارتی و پلاسما
عاملدارکردن فیزیکی-شیمیایی بخش دوم: کاشت یونی
روشهای پوششدهی بخش اول: رسوب الکتریکی
روشهای پوششدهی بخش دوم: رسوب بخار شیمیایی
روشهای پوششدهی بخش سوم: رسوب بخار فیزیکی
کاربردهای مهندسی سطح در تولید ابعاد کوچک
پوششهای ضدچسبنده و مقاوم به سایش روی ابزارهای قالبگیری میکرو
تولید ابزار میکروشکلدهی با استفاده از فرآیندهای مهندسی سطح
خلاصه
منابع
مقدمه
مهندسی سطح
فناوری پیشرفته سطح یا مهندسی سطح یک حوزه دانشبنیان است که در بسیاری از فرآیندهای صنعتی و تولید کالا به کار گرفته میشود. مهندسی سطح شامل آن دسته فناوریهایی میشود که قابلیت اصلاحِ سطح مواد جامد را دارند تا عملکرد بهتر و یا خواص جدیدی به آنها بخشیده شود. در طول دهههای اخیر بخشی از مهندسی سطح به حفاظت از سطوحِ ابزارهای تولید و اجزای صنعتی اختصاص داده شده است که در شرایط بسیار سختی از نظر اصطکاک، سایش، اکسیداسیون یا خوردگی کار میکنند. معمولاً به این پدیدهها به عنوان کاتالیستهایی نگاه میشود که باعث تخریب سطح میشوند. سالانه هزینههای هنگفتی از تولید به شکلدهی مجدد یا جایگزینی ابزار و دورریز قطعات اختصاص پیدا میکند. بر اساس برآوردها در کشورهای توسعهیافته، تخریب سطحی تا حدود 4% از تولید ناخالص داخلی را هدر میدهد. به عنوان نمونه، در ایالات متحده آمریکا تقریباً 280 میلیارد دلار در سال از طریق تخریب سطح تلف میشود. علاوه بر این، دیگر مطالعات تخمین میزنند که تنها در آلمان، مصرف روانکارهای مشتقشده از نفت به منظور پیشگیری از سایش سالانه 1 تا 2 میلیارد دلار هزینه برای صنایع تولیدی به دنبال دارد. هزینههای اضافی مرتبط با حفاظت از سطح شامل ایجاد مواد باقیماندهای نظیر هگزاوالانت کروم است که در حین بکارگیری روش گالوانیک به وجود میآید.
پدیده تماس سطحی و تریبولوژی
مطالعه تریبولوژی (اصطکاک، سایش و روانکاری) یک اولویت اساسی و مستمر برای هر فرآیند تولیدی است. امروزه در مهندسی مکانیک پذیرفته شده است که موارد گزارششده مرتبط با شکست در امر تولید به سازوکارهای تخریب سطحی باز میگردد. دانش تریبولوژی به برهمکنشهای تماسی میان دو سطح میپردازد که نسبت به یکدیگر در حال حرکت هستند. همچنین پاسخ فیزیکی شیمیایی را مطالعه میکند که چنین سطوحی در برابر عمل تخریب محیط از خود نشان میدهند. داشتن دانشی عمیق درباره سازوکارهای اساسی اصطکاک، سایش و روانکاری پیشنیازی برای درک مزایای مهندسی سطح و نقش آن در بهبود عملکرد سطحی ابزارها و اجزای قطعات است. ادبیات موضوع گستردهای درباره تریبولوژی به طور عام و تحقیقات تریبولوژی مرتبط با فرآیندهای تولید در ابعاد کوچک به طور خاص وجود دارد. مروری جامع بر این مطالعات و مراجع باعث میشود تا خواننده به درکی بهتر درباره سازوکارهای شکست مرتبط با سطوح و راهبردهایی برای پیشگیری از آن دست یابد.
تکنیکهای شناسایی
درک کردن اصول عاملدارکردن سطح و راهبردهای اصلاح سطحی نیازمند به کارگرفتن تکنیکهای شناسایی پیشرفته است. در واقع داشتن اطلاعات کافی در حوزه شناسایی سطح باعث میشود تا مهندسین مکانیک قادر باشند بهتر با مسائل مرتبط با سطح در حین طراحی اولیه، شبیهسازی یا آزمودن فرآیند کنار بیایند. در حفاظت از سطوح ابزارها و اجزای تولید، تکنیکهای شناسایی بر ساختار شیمیایی، خواص مکانیکی (سختی، چقرمگی شکست، ضریب اصطکاک، نرخ سایش)، پایداری شیمیایی-حرارتی (اکسیداسیون، خوردگی) و توپوگرافی سطحی (زبری، بافت) متمرکز میشوند. لازم است اشاره کنیم که برخی از روشهای شناسایی به عنوان استانداردهای ملی و بینالمللی مورد تائید نهادهایی نظیر انجمن آمریکایی آزمونها و مواد (ASTM) و سازمان استانداردهای بینالمللی (ایزو) قرار گرفتهاند. (www.astm.com و www.iso.org).
