کاربرد روش سطح پاسخ در بهینه سازی ضخامت و سختی پوشش وانادیم کاربید ایجاد شده به روش پلاسمای الکترولیتی

فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین

مقاله 8، دوره 9، شماره 34 - شماره پیاپی 2، بهمن 1397، صفحه 111-120   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

مهران تدین سعیدی^{* 1}؛ بابک قربانیان²

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

²دانشجوی دکتری، گروه مهندسی مواد، دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران.

تاریخ دریافت: 19 اردیبهشت 1397،  تاریخ بازنگری: 28 شهریور 1397،  تاریخ پذیرش: 24 آذر 1397 

چکیده

یکی از مهمترین روش های سختکاری فولادهای ابزار استفاده از پوشش های کاربیدی است که در طی این فرآیند اتم وانادیم در دمای بالا به سطح نمونه نفوذ کرده و با کربن موجود در فولاد واکنش می دهد و کاربید وانادیم با سختی بالا را ایجاد می کند. یکی از روش های نوین ایجاد پوشش، پلاسمای الکترولیتی می باشد. در تحقیق حاضر تلاش می شود تا به کمک روش پلاسمای الکترولیتی پوششی از جنس کاربید وانادیم در سطح نمونه ایجاد و در مرحله بعدی پارامترهای موثر در ضخامت و سختی این پوشش را بهینه نمود. در همین راستا از روش طراحی آزمایش RMS در جهت بهینه سازی پوشش استفاده شد. الکترولیت تحقیق از موادی چون اکسید وانادیم، اسید کلریدریک و NaOH تشکیل شده است. که NaOH به عنوان افزایش دهنده هدایت به عنوان یک پارامتر مهم به شمار می رود. علاوه بر NaOH اختلاف ولتاژ و زمان پوشش دهی نیز از مهمترین پارامترهای تاثیر گذار بر ضخامت و سختی پوشش است که در این تحقیق به عنوان متغیر های مستقل به شمار می روند. از متغیر های وابسته تحقیق نیز می توان به ضخامت و سختی اشاره کرد. نتایج تحقیق نشان میدهد که حالت بهینه نمونه کاربید وانادیم ایجاد شده به روش پلاسمای الکترولیتی داری اختلاف ولتاژ 100 ولت، مقدار NaOH در حدود 50 گرم بر لیتر و مدت زمان 65/6 دقیقه می باشد. نمونه بهینه دارای سختی در حدود 1250 ویکرز و ضخامتی در حدود5/29 میکرون است.

کلیدواژه‌ها

وانادیم کاربید؛ طراحی آزمایش RMS؛ پلاسمای الکترولیتی؛ سختی

عنوان مقاله [English]

Application of the response surface method in optimizing the thickness and hardness of vanadium carbide coatings created by the electrolytic plasma method

نویسندگان [English]

Mehran Tadayonsaidi¹؛ Babak Ghorbanian²

¹Assistant Professor, Department of Materials Engineering, Karaj Branch, Islamic Azad University, Karaj, Iran

²Material Department, Phd studeny, Semnan University, Semnan, Iran

چکیده [English]

One of the new methods of coating coatings is the use of electrolytic plasma method. In the present study, we try to use an electrolytic plasma method of vanadium carbide coating on the surface of the specimen and, in the next step, optimize the effective parameters in making these coatings. In this regard, the RMS test method was used to optimize the coating. The electrolyte is composed of materials such as vanadium oxide, chloride, and NaOH. That NaOH is considered as a conductive enhancer as an important parameter. In addition to NaOH, the difference in voltage and cooking time are also the most important parameters affecting the coating properties, which in this study are considered as independent variables. The dependent variables of the research can also be indicated by thickness and hardness. The results of the study show that the optimum state of the vanadium carbide sample produced by the electrolytic plasma method is 100 V, the NaOH content is about 50 g / l and the duration is 6.65 minutes. The optimum specimen has a hardness of about 1250 Vickers and a thickness of about 29.5 microns.

کلیدواژه‌ها [English]

Vanadium carbide, RMS test design, electrolytic plasma, hardness

مراجع

References:
1-B.Ghorbanian, & S. M. M.Khoie, (2016). Formation of vanadium carbide with the plasma electrolytic saturation method (PES) and comparison with Thermo Reactive diffusion method (TRD). Acta Metallurgica Slovaca, 22(2), 111-119.

2-B.Ghorbanian, S. M. M., Khoie & M. Rasouli, (2016). INVESTIGATION OF THE ELECTROLYTE EFFECT ON VN CREATED VIA PES. Acta Metallurgica Slovaca, 22(4), 238-248.           

3-Ghorbanian, Babak, et al. "Investigation Of The Electrolyte Effects On Formation Of Vanadium Carbide Via Plasma Electrolytic Saturation Method (Pes)." Surface Review and Letters 23.04 (2016): 1650021.

4-D.J. Blackwood, K.H.W. Seah, Electrochemical cathodic deposition of hydroxy-apatite: Improvements in adhesion and crystallinity, Materials Science and Engineering C 29 (2009) 1233.   

5-W. Simka, M. Kaczmarek, A. Baron-Wieche´c, G. Nawrat, J. Marciniak, J. Zak, Electropolishing and passivation of NiTi shape memory alloy, Electrochimica Acta 55 (2010) 2437.  

6-C.S. Lin, M.T. Chen, J.H. Liu, Structural evolution and adhesion of titanium oxide film containing phosphorus and calcium on titanium by anodic oxidation, Journal of Biomedical Materials Research Part A 85A (2008) 378.

7-H.J. Song, S.H. Park, S.H. Jeong, Y.J. Park, Surface characteristics and bioactivity of oxide films formed by anodic spark oxidation on titanium in different electrolytes, Journal of Materials Processing Technology 209 (2009) 864.

8-M. Long, H.J. Rack, Titanium alloys in total joint replacement—a materials science perspective, Biomaterials 19 (1998) 1621.

9-Momeni, Fariba, et al. "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.

10-M. Geetha, A.K. Singh, R. Asokamani, A.K. Gogia, Ti based biomaterials, the ultimate choice for orthopedic implants—a review, Progress in Materials Science54 (2009) 397.    

11-Khuri, André I., and Siuli Mukhopadhyay. "Response surface methodology." Wiley Interdisciplinary Reviews: Computational Statistics 2.2 (2010): 128-149.          

12-Carley, Kathleen M., Natalia Y. Kamneva, and Jeff Reminga. Response surface methodology. No. CMU-ISRI-04-136. CARNEGIE-MELLON UNIV PITTSBURGH PA SCHOOL OF COMPUTER SCIENCE, 2004.       

13-Dean, Angela, Daniel Voss, and Danel Draguljić. "Response surface methodology." Design and analysis of experiments. Springer, Cham, 2017. 565-614.

14-Gunst, Richard F. "Response surface methodology: process and product optimization using designed experiments." (1996): 284-286.          

15-Bezerra, Marcos Almeida, et al. "Response surface methodology (RSM) as a tool for optimization in analytical chemistry." Talanta 76.5 (2008): 965-977.

16-Kleijnen, Jack PC. "Response surface methodology." Handbook of simulation optimization. Springer, New York, NY, 2015. 81-104.     

17-Barton, Russell R. "Response surface methodology." Encyclopedia of Operations Research and Management Science. Springer, Boston, MA, 2013. 1307-1313.