عنوان پایان‌نامه
ایجاد پوشش نانو کامپوزیتی Ni-W/Al۲O۳
- رشته تحصیلی
- مهندسی مواد-خوردگی‌وحفاظ‌ت‌ازمواد
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: TN 1046;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 59509
- تاریخ دفاع
- ۱۲ شهریور ۱۳۹۲
- دانشجو
- سعید یاری
- استاد راهنما
- چنگیز دهقانیان
- چکیده
- پوشش‌های نیکل-تنگستن پوشش‌های نوینی هستند که اخیراً به عنوان جایگزینی ایمن از لحاظ محیط زیستی برای پوشش‌های کروم سخت معرفی شده‌اند. یکی از معایب این پوشش‌ها مقاومت به خوردگی آن‌هاست که کاربرد آن‌ها را محدود می‌کند. برای بهبود رفتار خوردگی پوشش‌های نیکل-تنگستن می‌توان از همرسوبی نانوذرات و یا میکروذرات خنثی با فلز زمینه استفاده کرد. در این تحقیق پوشش‌های نیکل-تنگستن از سه حمام با ترکیب شیمیایی مختلف و حاوی 0، 1، 2/5، 5 و g/L 10 نانوذرات Al2O3 روی زیرلایه فولادی توسط رسوبدهی الکتریکی اعمال شدند و سپس با استفاده از آنالیز پراش اشعه ایکس، میکروسکوپ نوری، میکروسکوپ الکترونی روبشی و آنالیز طیف‌نگاری تفکیک انرژی ساختار، مرفولوژی و ترکیب شیمیایی این پوشش‌ها مورد مطالعه واقع شد. رفتار خوردگی این پوشش‌ها نیز توسط روش پلاریزاسیون پتانسیودینامیک و طیف‌نگاری امپدانس الکتروشیمیایی و مقاومت به سایش آن‌ها با روش پین روی دیسک مطالعه شد. نتایج بدست آمده نشان دادند که پوشش‌های حاصل از سه حمام دارای ساختار آمورف، بلوری دوفازه و بلوری تک‌فازه به ترتیب با حدود 30، 19 و14 درصد اتمی تنگستن هستند. نانوذرات می‌توانند بر اندازه دانه، محتوای تنگستن و نرخ رسوب فلز این پوشش‌ها تأثیر بگذارند، اما میزان این تأثیر بستگی به ترکیب شیمیایی حمام رسوبدهی دارد و ممکن است تحت تأثیر اثر هم‌افزایی نیکل در رسوب شدن تنگستن واقع شوند. مطالعه مرفولوژی این پوشش‌ها نیز حاکی از آن است که نانوذرات با توزیع شدن در زمینه پوشش و ایجاد مکان‌هایی مناسب برای جوانه‌زنی و رشد رسوب بهبود مرفولوژی این پوشش‌ها را سبب می‌شوند. مطالعه‌ی سینتیک رسوب نانوذرات در زمینه‌ی نیکل-تنگستن نشان داد که محتوای نانوذرات پوشش‌های آمورف و بلوری دوفازه تا حداکثر 2 درصد وزنی می‌تواند باشد، اما برای پوشش‌های بلوری تک‌فازه یک رابطه خطی بین غلظت نانوذرات در حمام و محتوای نانوذرات در پوشش دیده شد. همچنین، با تغییر چگالی جریان رسوبدهین و یا استفاده از جریان‌های پالسی می‌توان محتوای نانوذرات پوشش‌ها را تغییر داد. نتایج حاصل از آزمایش‌های خوردگی نیز نشان دادند که برای پوشش آمورف و بلوری تک‌فازه نانوذرات می‌توانند چگالی جریان خوردگی را به ترتیب از A/cm2µ 8/7 به A/cm2µ 4/1 و از A/cm2µ 12/1 به A/cm2µ 4/3 کاهش دهند درحالی‌که برای پوشش‌های بلوری دوفازه این مقدار در حدود A/cm2µ 15 ثابت باقی می‌ماند. نتایج حاصل از آزمایش‌های سایش نیز حاکی از آن است که نانوذرات Al2O3 تأثیر اندکی روی خواص سایشی این پوشش‌ها دارند.
- Abstract
- Nickel-tungsten coatings are novel coatings that have recently been proposed as environmentaly benign substitutes to hard chromium coatings. One major drawback of these coatings is their corrosion resistance which restrict their applications. One possible practice to improve the corrosion behavior of nickel-tungesten coatings is the codeposition of inert nano- and/or micro-particles with the metal matrix. In this research, nickel-tungsten coatings were electrodeposited on steel substrates from three baths with different chemical composition containg 0, 1, 2.5 and 10 g/L of Al2O3 nanoparticles. Afterwards, structure, morphology and chemical composition of the coatings were studied by X-ray diffraction method, optical microscopy, scanning electron microscopy and energy dispersive spectroscopy. The corrosion behavior of the coatings were also investigated by potentiodynamic polarization and electrochemical impedence spectroscopy, and their wear resistance was measured by pin-on-disk method. The results revealed that the coatings obtained from the three baths have amorphous, single-phase crystalline and two-phase crystalline structures with tungsten content of about 30, 19 and 14 at%, respectively. The presence of nanoparticles may affect on coatings grain size, tungsten content and the rate of metal deposition; however, the extent of these effects depends on bath chemical composition and may be influenced by the synergistic effect of nickel on deposition of tungsten. Morphological studies of the coatings signified that the distribution of nanoparticles in the coating matrix can create appropriate sites for nucleation and growth of the deposit which developed a coating with modified morphology. The studies on the kinetics of particle deposition into the nickel-tungsten matrix showed that the nanoparticle content of amorphous and two-phase crystalline coatings cannot exceed 2 wt. %; however, for the single-phase crystalline coatings a linear relationship was observed between nanoparticles concentration in the bath and nanoparticles content in the coating. In addition, by varying the deposition current density or application of pulse currents, it is possible to change the nanoparticle content of the coatings. The results of corrosion measurements indicated that nanoparticles can reduce the corrosion current densities of amorphous and single-phase crystalline coatings from 8.7 µA/cm2 to 4.1 µA/cm2 and from 12.1 µA/cm2 to 4.3 µA/cm2, respectively. However, by the introduction of nanoparticles, this value remained almost unchanged around 15 µA/cm2 for the two-phase crystalline coatings. The results of wear test also proved that Al2O3 nanoparticles had a modest effect on the wear properties of the coatings.
