دستگاه(APCVD) براي ايجاد پوششهاي نانو ساختارTiO2خود تميزشونده روي شيشه

يكي از مواد پركابرد براي كاتد باتري‌هاي يون ليتيومي، تركيبLiNi0.5Mn1.5O4 است كه در شرايط مساعد ميتواند اختلاف پتانسيلي درحدود 5 ولت توليد كند. كاتد LiNi0.5Mn1.5O4، در كنار توليد ولتاژ بالا، داراي ساختاري آسيب پذير و عمري كوتاه در تخليه و تغذيه هاي مكرر است. هدف از اين پژوهش، افزايش عمر باتري و محافظت از ساختار آسيب پذير كاتد LiNi0.5Mn1.5O4، در باتري يون ليتيومي است. براي اين كار از اكسيد V2O5 ، كه خود يكي از كاتدهاي پرمصرف در صنعت باتري هاي يون ليتيومي مي باشد، به عنوان پوشش LiNi0.5Mn1.5O4 استفاده مي شود. اختلاف پتانسيل توليد شده در باتري هايي با كاتد V2O5 در حدود 2 ولت بوده كه اين مسئله مي تواند تهديد مهمي براي كاهش توان كاتد LiNi0.5Mn1.5O4 باشد. لذا از جمله اهداف آزمايش هاي اين تحقيق، بررسي اثر پوشش V2O5 بر اختلاف پتانسيل كلي توليد شده توسط باتري يون ليتيومي با كاتد LiNi0.5Mn1.5O4 و تغييرات ظرفيت و طول عمر آن مي باشد. نتايج كمّي مربوط به مقايسه ظرفيت نمونه ها، در قالب نمودار جريان-زمان، با روش Cycling Voltammetry((CV بدست آمده و بررسي كمّ و كيف لايه نشاني V2O5، با روش هاي ميكروسكوپي SEM و XRD انجام مي پذيرد. نتيجه حاصل، كاهش 2درصدي بار الكتريكي توليد شده توسط باتري، به ازاي افزايش قابل ملاحظه عمر كاتد LiNi0.5Mn1.5O4 مي باشد. علاوه بر اين، تحليل هاي انجام شده، صحت لايه نشاني V2O5 را تاييد مي كنند.

در اين اختراع، با استفاده از روش رسوب گذاري شيميايي از فاز بخار با بهره گيري از پلاسما (PACVD) بر روي فولاد گرم كار AISI HII و(1.2343) با لايه اي از TiN پوشش دهي شد. براي دستيابي به خواص مطلوب پوشش، قبل از عمليات لايه نشاني، بستر آزمايش با تركيب گاز 25% نيتروژن و 75% هيدروژن مورد عمليات نيتروژن دهي پلاسمايي قرار گرفت. متغيرهاي آزمايش عبارتند از درصد چرخه كار دماي لايه نشاني، مدت زمان رسوب دهي، فركانس، ولتاژ اعمالي و تركيب گازهاي نيتروژن، هيدروژن، آرگون و تترا كلريد تيتانيم مي باشد. با توجه به پيچيدگي فرآيند لايه نشاني، آزمايش هاي مورد نياز فقط با دو متغير دماي لايه نشاني و درصد چرخه كار طراحي شد. دماي عمليات لايه نشاني 470، 495 و 520 درجه سانتي گراد و درصد چرخه كاري 33%، 40%، و 50% در نظر گرفته شد. ساختار، خواص مكانيكي و خواص شيميايي پوشش ها با استفاده از ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM)، ميكروسكوپ الكتروني روبشي مجهز به تفنگ الكتروني (FE-SEM) و نيروي اتمي (AFM)، پراش اشعه ايكس (RD) و آزمون خوردگي مورد ارزيابي قرار گرفت. براساس نتايج به دست آمده از اين تحقيق، با افزايش دماي رسوب گذاري از 470 درجه سانتي گراد به 520 درجه سانتيگراد، اندازه دانه هاي پوشش از 20 نانومتر به 80 نانومتر افزايش يافته و در نتيجه آن زبري سطح نمونه ها نيز افزايش پيدا كرد. به دليل افزايش پستي و بلندي و زبري سطحي و بالا رفتن ناقط حساس به خوردگي با افزايش دماي رسوب گذاري رفتار خرودگي پوشش بدتر خواهد شد. همچنين با افزايش چرخه كار سيستم از 33 درصد به 50 درصد، به دليل كاهش زمان لايه نشاني، اندازه دانه هاي TiN بزرگتر خواهد شد كه در نتيجه زبري سطحي افزايش يافته و از مقاومت خوردگي قطه به مقدار جزئي كاسته خواهد شد. بنابراين با افزايش زبري سطحي (با افزايش دماي لايه نشاني و يا با افزايش چرخه كار) موجب كنده شدن بيشتر پوشش خواهد شد و به تبع مقاومت سايشي آن تضعيف خواهد شد. اين بدان معناست كه هرچه سطح پوشش يكنواخت تر و صيقلي تر (پستي بلندي كمتر) باشد، مقاومت به سايش و مقاومت به خوردگي پوشش بهبود خواهد يافت. در نتيجه هرچه اندازه ذرات پوشش نانوساختار به سمت كوچكتر شدن ميل پيدا كند، به بهبود خواص پوشش كمك خواهد نمود. كلمات كليدي: فولاد گرم كار HII، نيتروژن دهي پلاسمايي، رسوب دهي شيميايي از بخار به كمك پلاسما (PACVD)، درصد چرخه كار، رفتار خوردگي. پوشش هاي سخت نيتريد تيتانيم (TIN) از مخلوط گازهاي نيتروژن، هيدروژن، آرگون و بخار تتراكلريد تيتانيم در محيط خلا ايجاد مي شود. قبل از پوشش دهي، قطعه در مواجهه با فرآيند پيش عمليات نيتروژن دهي پلاسمايي قرار مي گيرد تا سطح قطعه براي پوشش نهايي آماده شود. پوشش مذكور در دستگاه رسوبگذاري شيميايي از فاز بخار با كمك پلاسما (PACVD) در دماي حدود 500 درجه و زمان 4 ساعت اعمال مي شود. در اين نوع پوشش دهي به جهت اندازه نانوساختار ايجد شده در محدوده 5 نانومتر و به وجود آمدن سطح نسبتا صاف، مقاومت به خوردگي بالايي تا حدود 10 برابر از خود نشان مي دهد كه مي تواند جهت مصارف قطعاتي كه نياز به مقاومت به خوردگي بالايي دارند به كار روند.

پوشش هاي نيتريد عناصر واسطه مانند نيتريد تيتانيم (TIN) به صورت يك واكنش شيميايي و از مخلوط گازهاي نيتروژن، هيدروژن، آرگون و بخار تتراكلريد تيتانيم در محيط خلا ايجاد مي شود. قبل از پوشش دهي، نمونه هاي تحت فرآيند پيش عمليات نيتروژن دهي پلاسمايي قرار مي گيرند و سپس براي اعمال پوشش نهايي از دستگاه رسوبگذاري شيميايي از فاز بخار با كمك پلاسما (PACVD) در دماي حدود 450 تا 520 درجه سانتيگراد و زمان 4 ساعت استفاده شد. در اين نوع پوشش دهي به دليل چسبندگي مطلوب و نيز سختي بالا (1850 ويكرز) مقاومت به سايشي پوشش TIN بهبود مي يابد و ضريب اصطكاك نيز كاهش مي يابد. به طوري كه رفتار تريبولوژيكي قطعه تا 50 برابر بهبود مي يابد.

طراحي و ساخت دستگاه نيتروژن (كربن) دهي پلاسمائي پالسي جريان مستقيم ديواره سرد و گرم