مهندسی ساخت و تولید ایران

مهندسی ساخت و تولید ایران

مشخصه‌یابی پوشش نانوساختار DLC، ایجادشده به روش PACVD روی استکانی فولادی و ارزیابی رفتار سایشی آن

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
محمد راستی اول 1
سید محمد مهدی شفیعی 2
حامد رئیسی فرد 2
1 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مکانیک، واحد تهران غرب، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
2 عضو هیئت‌علمی، گروه مهندسی مکانیک، واحد تهران غرب، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
10.22034/ijme.2024.459472.1964
چکیده
پوشش‌های کربن الماس­گون (DLC) به دلیل ویژگی‌های بی‌نظیرشان، اخیراً در قطعات مربوط به موتور خودروها، به خصوص در قطعات استکانی (یکی از اجزای اصلی موتور احتراقی) محبوبیت زیادی پیدا کرده‌اند. اصلی‌ترین هدف از استفاده‌ی این پوشش‌ها، افزایش چسبندگی آن‌ها به سطوح فلزی است تا هم مقاومت در برابر سایش افزایش یابد و هم از فرسایش زدایی تریبولوژیکی جلوگیری کند. به منظور بهبود این خصوصیات، روش‌های متعددی برای رسوب‌گذاری DLC روی فلزات مورد استفاده قرار گرفته که یکی از آن‌ها، تکنیک رسوب‌گذاری بخار شیمیایی تقویت‌شده با پلاسما (PACVD) است. این روش، امکان کنترل دقیق بر روی ضخامت پوشش‌ها را فراهم می‌کند و در نتیجه، افزایش عمر قطعات و بهبود کارایی آن‌ها را به همراه دارد. مطالعه‌ی اخیر به جنبه‌های مختلف این تکنولوژی و تأثیر آن بر کاهش فرسایش، افزایش بازده موتورها و حل مسائل مرتبط با خوردگی سه‌گانه بر فولاد استکانی می‌پردازد. به عنوان مثال، مشخص شده که لایه‌هایی مانند Si، SiH، Cr و CrN می‌توانند سطح صاف و یکنواختی را فراهم کنند که این خود به بهبود چسبندگی پوشش‌های DLC کمک می‌کند. در مقابل، وجود لایه‌هایی مانند Ti و TiN ممکن است تأثیر منفی بر چسبندگی داشته باشند، زیرا این عناصر قویاً به یکدیگر متصل می‌شوند و مانع از ایجاد ارتباطات موثر بین پوشش DLC و فولاد می‌گردند. همچنین، الحاق عناصر غیرفلزی تقویت شده همچون Si، N و F به پوشش‌های DLC نیز می‌تواند عملکرد آن‌ها را در برابر سایش بهبود بخشد و در نتیجه عمر مفید قطعات را افزایش دهد. این نشان از پتانسیل بالای این فناوری‌ها در صنعت خودروسازی دارد که قطعاً در سال‌های آتی، بهینه‌سازی‌ها و پیشرفت‌های بیشتری در این زمینه مشاهده خواهد شد.
کلیدواژه‌ها
پوشش نانوساختار
پوشش‌های کربن الماس‌گون
PACVD
استکانی

عنوان مقاله English

Characterization of DLC nanostructure coating, created by PACVD method on steel material of the tappet and evaluation of its wear behavior

نویسندگان English

Mohammad Rasti 1
Mohamad Mahdi Shafiei 2
Hamed Raeisi Fard 2
1 MSc Student, Department of Mechanical Engineering, West Tehran Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
2 Faculty Member, Department of Mechanical Engineering, West Tehran Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
چکیده English

Diamond-like carbon (DLC) coatings have become highly popular in automotive engine components, particularly piston parts, owing to their unique properties. The main goal of these coatings is to enhance adhesion to metal surfaces, increasing wear resistance and providing tribological lubrication to prevent friction-related wear. Various methods, including Plasma-Assisted Chemical Vapor Deposition (PACVD), are employed for precise control over DLC coating thickness, leading to improved component lifespan and performance. Recent studies have explored different aspects of this technology, examining its impact on reducing wear, enhancing engine efficiency, and addressing triple-fretting corrosion issues on high-strength steel. For instance, layers like Si, SiH, Cr, and CrN have been identified to create a smooth surface, improving DLC coating adhesion. Conversely, layers such as Ti and TiN may negatively affect adhesion, hindering effective interactions between DLC coatings and steel. Additionally, the incorporation of non-metallic elements like Si, N, and F into DLC coatings can enhance their performance against wear, ultimately increasing component lifespan.

کلیدواژه‌ها English

Nanostructure Coating
Diamond Like Carbon
PACVD
Tappet
[1] Saji VS. Carbon nanostructure-based superhydrophobic surfaces and coatings. Nanotechnology Reviews. 2021 Jun 25;10(1):518-71.
[2] Braak R. Assessment of the Adhesion Performance of Diamond-Like Carbon Coatings at Elevated Temperature [dissertation]. Darmstadt: Technische Universität Darmstadt; 2021. doi: 10.26083/tuprints-00014577
[3] Ohana T, Suzuki M, Nakamura T, Tanaka A, Koga Y. Tribological properties of DLC films deposited on steel substrate with various surface roughness. Diamond and Related Materials. 2004 Nov 1;13(11-12):2211-5. doi: 13. 2211-2215. 10.1016/j.diamond.2004.06.037
[4] Kolawole FO. Tribological behavior of duplex CrN/DLC and nano-multilayer DLC-W coatings on valve tappet under elevated temperature and varying load. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. 2024 Jun 1;121:106660. doi: 10.1016/j.ijrmhm.2024.106660
[5] Łępicka M, Grądzka-Dahlke M, Pieniak D, Pasierbiewicz K, Niewczas A. Effect of mechanical properties of substrate and coating on wear performance of TiN-or DLC-coated 316LVM stainless steel. Wear. 2017 Jul 15;382:62-70.  doi: 10.1016/j.wear.2017.04.017
[6] Lai CY, Groth A, Gray S, Duke M. Preparation and characterization of poly (vinylidene fluoride)/nanoclay nanocomposite flat sheet membranes for abrasion resistance. Water research. 2014 Jun 15;57:56-66. doi: 10.1016/j.watres.2014.03.005
[7] Ratamero L, Vencovsky P. Effect of H-DLC coatings on direct acting cam-tappet friction forces. VETOR-Revista de Ciências Exatas e Engenharias. 2022 Jul 29;32(1):23-30. doi: 10.14295/vetor.v32i1.13417
[8] Kasiorowski T, Lin J, Soares P, Lepienski CM, Neitzke CA, De Souza GB, Torres RD. Microstructural and tribological characterization of DLC coatings deposited by plasma enhanced techniques on steel substrates. Surface and Coatings Technology. 2020 May 15;389:125615. doi: 10.1016/j.surfcoat.2020.125615