روش جدید پرتو یون مقاومت کرزی کربید وولفستم را افزایش می دهد

تصور کنید اگر ابزارهای دقیق، تجهیزات حیاتی و حتی وسایل روزمره تان را با "دستکش" غیرقابل نفوذ که در برابر اسپری نمک، اسید ها و قلیات مقاوم است، محافظت کنید.روکش های کاربید ولتفستم (WC) این راه حل محافظتی را نشان می دهد، به دلیل سختی استثنایی و مقاومت در برابر خوردگی، در زمینه پوشش های محافظ توجه می کنند.روش های سنتی پوشش WC با محدودیت هایی مواجه هستند که نیاز به دمای بالا دارند یا استرس های داخلی را ایجاد می کنند که کاربردهای آنها را محدود می کند.حالا، یک تکنیک پیشگامانه به نام مخلوط کرن یون (IBM) ظهور کرده است، که تولید پوشش کاربید ولتفستم را انقلابی می کند.

در علوم مواد، مواد خاصی به خاطر خواص منحصر به فرد خود برجسته می شوند.که آن را برای کاربردهای سخت مناسب می کند.از ابزار برش مدرن تا پوشش های مقاوم در برابر فرسایش، کاربید ولفستم نقش حیاتی در صنایع مختلف دارد.

به عنوان یک پوشش محافظ با عملکرد بالا، کاربید ولفستم در کاربردهای متنوعی استفاده می شود:

• ابزار برش:ابزار WC در عملیات برش با سرعت بالا و بار سنگین برجسته است و به طور قابل توجهی بهره وری را افزایش می دهد.
• اجزای مقاوم به فرسایش:در تجهیزات معدن و سیستم های حفاری نفت، قطعات WC در برابر سایش شدید مقاومت می کنند و طول عمر ماشین را افزایش می دهند.
• پوشش های محافظ:پوشش WC به طور موثر زیربناها را از خوردگی و فرسایش محافظت می کند و قابلیت اطمینان محصول را بهبود می بخشد.

روش های سنتی پوشش WC مانند رسوب بخار شیمیایی (CVD) و رسوب بخار فیزیکی (PVD) محدودیت هایی دارند.در حالی که PVD اغلب باعث ایجاد فشارهای باقیمانده می شود که منجر به جداسازی پوشش می شود.علاوه بر این، اتصال کننده های کوبالت در پوشش های فلزی سرامیکی WC مقاومت در برابر خوردگی را کاهش می دهند.این چالش ها منجر به تحقیق در مورد روش های پوشش WC با دمای پایین با حفاظت از خوردگی برتر شده است.

فناوری مخلوط کرن یون یک راه حل نوآورانه برای ساخت پوشش WC ارائه می دهد. IBM از بمب گذاری یون از فیلم های چند لایه ای برای تحریک مخلوط عنصر و تشکیل مواد جدید استفاده می کند.در مقایسه با روش های معمولی، IBM مزایای مشخصی دارد:

• پردازش در دمای اتاق:باعث از بین رفتن آسیب های حرارتی به زیربناها می شود.
• کنترل دقیق:تنظیم انرژی پرتوی یون، دوز و گونه ها امکان تنظیم دقیق ترکیب و ساختار را فراهم می کند.
• کاربردهای متنوع:مناسب برای تولید انواع مختلف پوشش از جمله فلزات، سرامیک و کامپوزیت ها.

در این تحقیق، دانشمندان با استفاده از تکنولوژی IBM، پوشش های غنی از WC را با استفاده از فیلم های چند لایه C / W تولید کردند. این فرآیند شامل سه مرحله کلیدی است:

1. آماده سازی چند لایه C/W:قرار دادن لایه های متناوب کربن و وولفستم از طریق اسپتر کردن ماگنترون.
2. تشعشع پرتوی یون:بمباران ساختار چند لایه ای با یون های گازی بی اثر (آرگون یا کریپتون)
3. شکل پوشش:مخلوط شدن ناشی از یون باعث ایجاد کاربید ولتفرم می شود که خواص آن از طریق تنظیم پارامتر پرتگاه کنترل می شود.

مشخصات عمق اسپکتروسکوپی الکترون آجر (AES) نشان داد که مخلوط کردن کربن و تُنگستن پس از تشعشع، مناطق غنی از WC را تشکیل می دهد.افزایش دوز یون ها باعث تولید پوشش های یکنواخت با محتوای WC بالاتر می شود.

تابش اشعه ایکس (XRD) تشکیل کریستال WC را تایید کرد، با افزایش شدت اوج تابش متناسب با دوز یون که نشان دهنده بهبود کریستالی است.

اندازه گیری های قطبی سازی پتانسیودینامیک نشان می دهد که مقاومت در برابر خوردگی به طور چشمگیری افزایش یافته است. در تراکم های پایین تر سطح موثر WC (کمتر از 550 / nm2) ، جریان خوردگی 0.5 μA / cm2 اندازه گیری شده است.تراکم های بالاتر (بیش از 1200/nm2) کاهش جریان به 0.08 μA/cm2 از فولاد ضد زنگ و فلز سرامیک WC فراتر می رود.

شبیه سازی TRIDYN مونت کارلو با دقت مخلوط کربن و تُنگستین را در طول IBM مدل سازی کرد، که امکان پیش بینی توزیع عناصر و مقاومت در برابر خوردگی را فراهم می کند.این رویکرد محاسباتی راهنمایی های مهمی را برای طراحی پوشش های بهینه WC فراهم می کند.

• مهندسی دریایی:حفاظت از سازه های دریایی از خوردگی آب شور
• پردازش شیمیایی:تجهیزات محافظت از رسانه های تهاجمی
• دستگاه های پزشکی زیستی:افزایش دوام ایمپلنت ها از طریق پوشش های بیوکامپتیبل WC

همانطور که این فناوری بالغ می شود، پوشش های کاربید ولتفرمن ممکن است است استانداردهای حفاظت از مواد را در بخش های مختلف تعریف کند و راه حل های بی سابقه ای را برای چالش های خوردگی طولانی مدت ارائه دهد.