اعمال پوشش نانوکامپوزیتی کرم-کاربید تنگستن بر روی فولاد کربنی و بررسی خواص سایشی آن
آبکاری الکتریکی یکی از روش های مناسب جهت همرسوبی ذرات ریز فلزی، غیر فلزی و پلیمری در زمینه فلزی است. در این تحقیق پوشش نانوکامپوزیتی کرم-کاربیدتنگستن با استفاده از جریان پالسی مربعی روی فولاد کربنی ایجاد شد. تاثیر پارامترهای آبکاری مانند غلظت سورفکتانت SDS و افزودنی ساخارین به عنوان ریزکننده، دانسیته جریان، سیکل کاری و فرکانس بر روی سختی، درصد وزنی ذرات و نحوه توزیع آن ها در پوشش بررسی شد. در این تحقیق سعی شد عواملی همچون نوع حمام، دما، pH و میزان تلاطم ثابت در نظر گرفته شوند. به علاوه، تاثیر پارامترهای آبکاری بر رفتار سایشی پوشش مورد بررسی قرار گرفت. جهت بررسی مورفولوژی سطح پوشش و توزیع ذرات و درصد وزنی آن ها در پوشش از میکروسکوپ الکترونی روبشی مجهز به آنالیزور EDS و جهت بررسی خواص پوشش از آزمون های سختی و سایش استفاده شد. نتایج نشان داد که افزایش غلظت ساخارین به حمام، به کاهش درصد وزنی ذرات و افزایش غلظت SDS تا 1 گرم بر لیتر به افزایش درصد وزنی ذرات و کاهش قطر ذرات و توزیع بهتر آن ها در پوشش منجر می شود. همچنین با افزایش دانسیته جریان تا 15 آمپر بر دسیمتر مربع به افزایش حضور ذرات در پوشش و افزایش سختی پوشش منجر می شود. با افزایش سیکل کاری حضور ذرات در پوشش کم می شود. افزایش فرکانس از 1 تا 1000 هرتز باعث افزایش حضور ذرات در پوشش می شود. همچنین حضور بیشتر و توزیع یکنواخت تر ذرات در پوشش منجر به افزایش سختی و (در پوششهای بدون ترک) بهبود مقاومت سایشی پوشش می گردند.
فهرست مطالب
عنوان صفحه
| چکیده | 1 |
| مقدمه | 2 |
| فصل اول : کلیات کلیات
| 3 4 |
| فصل دوم : مروری بر منابع | 5 |
| 2-1- مقدمه | 6 |
| 2-2- آبکاری الکتریکی | 6 |
| 2-2-1- مزایا و معایب آبکاری الکتریکی | 7 |
| 2-3- آبکاری پوششهای کامپوزیتی | 8 |
| 2-3-1- مزایا و معایب آبکاری کامپوزیتی | 9 |
| 2-4- پوشش های نانوکامپوزیتی | 10 |
| 2-4-1- روش تولید پوششهای نانوکامپوزیتی | 10 |
| 2-4-2- کاربرد پوششهای نانوکامپوزیتی | 11 |
| 2-5- مکانیزم رسوب الکتریکی | 12 |
| 2-5-1- رسوبگذاری کرم سه ظرفیتی | 13 |
| 2-5-2- کمپلکس سازهای کرم | 14 |
| 2-6- آبکاری کرم سه ظرفیتی | 15 |
| 2-6-1- ترکیب حمام کرم سه ظرفیتی | 15 |
| 2-6-2- ویژگی های ترکیب حمام آبکاری | 16 |
| 2-6-3- مشکلات آبکاری کرم سه ظرفیتی | 16 |
| 2-7- مکانیزمهای همرسوبی الکتروشیمیایی | 17 |
| 2-7-1- مدل کلاسیک گاگلیمی | 18 |
| 2-7-2- مدل Celies | 21 |
| 2- 8- پایداری پراکندگی سیستمهای کلوئیدی | 22 |
| 2-8-1- توزیع فیزیکی نانو ذرات با عملیات اولتراسونیک | 23 |
| 2-8-2- روش های شیمیایی پراکندگی سیستمهای کلوئیدی | 23 |
| 2-9- تاثیر نوع جریان آبکاری | 27 |
| 2-10- تاثیر زمان روشنایی و خاموشی | 28 |
| 2-11- تاثیر دانسیته جریان | 29 |
| 2-12- روش های تعیین ذرات پراکنده در پوشش | 33 |
| 2-12-1- روش وزنی | 33 |
| 2-12-2- روش میکروسکوپی | 33 |
| 2-12-3- روش میکروآنالیزورهای پروپ الکترونی | 33 |
| 2-12-4- روش طیف نگاری مرتبط با فوتون (PCS) | 34 |
| 2-13- سایش و مکانیزمهای آن
| 34 |
| فصل سوم : روش انجام آزمایش | 37 |
| 3-1- مواد مورد استفاده | 38 |
| 3-2- وسایل و تجهیزات مورد استفاده جهت آبکاری | 39 |
| 3-2-1- منبع جریان | 40 |
| 3-3- آماده سازی الکترولیت و آبکاری نمونه ها | 41 |
| 3-4- ارزیابی نمونه ها | 44 |
| 3-5- نحوه بررسی اثر پارامترهای انتخاب شده بر ریز ساختار و خواص پوشش | 45 |
| 3-5-1- بررسی اثر غلظت پخش کننده (SDS) | 45 |
| 3-5-2- بررسی اثر افزودنی ساخارین | 46 |
| 3-5-3- بررسی اثر دانسیته جریان | 46 |
| 3-5-4- بررسی اثر فرکانس | 47 |
| 3-5-5- بررسی اثر چرخه کاری | 47 |
| 3-5-6- بررسی اثر غلظت کاربیدتنگستن | 48 |
| فصل چهارم : نتایج و بحث | 49 |
| 4-1- بررسی اثر افزودنیها بر مورفولوژی پوششهای نانوکامپوزیتیCr-WC | 50 |
| 4-1-1- تاثیر سورفکتانت SDS | 51 |
| 4-1-2- تاثیر افزودنی ساخارین | 56 |
| 4-1-3- تاثیر غلظت ذرات کاربید تنگستن در محلول | 59 |
| 4-2- بررسی اثر پارامترهای آبکاری پالسی بر مورفولوژی پوششهای نانوکامپوزیتی Cr-WC | 61 |
| 4-2-1- تاثیر دانسیته جریان | 61 |
| 4-2-2- تاثیر چرخه کاری | 65 |
| 4-2-3- تاثیر فرکانس پالس | 67 |
| 4-3- بررسی اثر پارامترهای موثر بر سختی و رفتار سایشی پوششهای نانوکامپوزیتی Cr-WC | 70 |
| 4-3-1- تاثیر غلظت ذرات WC در حمام آبکاری | 70 |
| 4-3-2- تاثیر غلظت سورفکتانت SDS | 73 |
| 4-3-3- تاثیر افزودن ساخارین | 75 |
| 4-3-4- تاثیر دانسیته جریان | 78 |
| 4-3-5- تاثیر فرکانس پالس | 81 |
| 4-3-6- تاثیر چرخه کاری
| 83 |
| فصل پنجم : نتیجه گیری و پیشنهادها | 85 |
| نتیجه گیری | 86 |
| پیشنهادها | 87 |
| مراجع | 88 |
| مراجع فارسی | 89 |
| مراجع لاتین | 90 |
| چکیده انگلیسی | 94 |
فهرست جدول ها
عنوان صفحه
| جدول 2-1- درصد حجمی ذراتی که توسط جذب ضعیف و قوی در حین ایجاد پوشش کامپوزیتی نیکل-کاربیدسیلسیم به سطح کاتد چسبیده اند | 20 |
| جدول 2-2- شرایط پایداری بر حسب پتانسیل زتا | 24 |
| جدول 2-3- شرایط گوناگون شفافیت محلول بر حسب پتانسیل غلظت ترساز | 26 |
| جدول 3-1- ترکیب و شرایط حمام مورد استفاده برای آبکاری | 42 |
| جدول 3-2- ترکیب حمام الکتروپولیش | 43 |
| جدول 3-3- شرایط انجام آزمایش سایش | 45 |
| جدول 3-4- شرایط آبکاری بکار رفته برای بررسی اثر غلظت SDS | 46 |
| جدول 3-5- شرایط آبکاری بکار رفته برای بررسی اثر غلظت ساخارین | 46 |
| جدول 3-6- شرایط آبکاری بکار رفته برای بررسی اثر دانسیته جریان | 46 |
| جدول 3-7- زمان های روشنی و خاموشی در هر فرکانس | 47 |
| جدول 3-8- شرایط آبکاری بکار رفته برای بررسی اثر فرکانس | 47 |
| جدول 3-9- شرایط آبکاری بکار رفته برای بررسی اثر چرخه کاری | 48 |
| جدول 3-10- شرایط آبکاری بکار رفته برای بررسی اثر غلظت کاربیدتنگستن | 48 |
فهرست شکل ها
| شکل 2-1- شماتیکی از سلول آبکاری الکتریکی.
| 7 |
| شکل 2-2- گروههای مختلف مواد نانوساختار و روشهای مختلف تولید آنها.
| 11 |
| شکل 2-3- نمودار شماتیک انواع رشد.
| 13 |
| شکل 2-4- مدل پنج مرحله ای Celis.
| 22 |
| شکل 2-5- تصویر شماتیک از یک فعال ساز.
| 25 |
| شکل 2-6- پوششهای نانو نیکل با اعمال دانسیته جریان های مختلف.
| 30 |
| شکل 2-7- ارتباط دانسیته جریان پوشش دهی و اندازه دانه پوششهای نیکل نانو.
| 31 |
| شکل 2-8- الگوی پراش تفرق اشعه X پوشش نانو نیکل در دانسیته جریان های مختلف.
| 32 |
| شکل 3-1- تصویری شماتیک از جریان پالس مربعی و مثلثی.
| 40 |
| شکل 4-1- تصاویر SEM مورفولوژی سطح پوشش کرم خالص از حمام فاقد افزودنی (5/2=pH، دانسیته جریان8، چرخه کاری %50، فرکانس Hz 10، دما 27 و زمان min 100).
| 50 |
| شکل 4-2- تصاویر SEM مورفولوژی سطح پوشش کامپوزیتی Cr-WC از حمام فاقد افزودنی (5/2pH=، غلظت ذرات g/lit 10، دانسیته جریان 8، چرخه کاری%50، فرکانس Hz 10 ، دما27 و زمان min 100).
| 51 |
| شکل 4-3- نحوه عملکرد فعال ساز سطح بر روی جدایش ذرات در حمام.
| 52 |
| شکل 4-4- تصاویر SEM مورفولوژی سطح پوششهای کامپوزیتی از حمام با g/lit 1 ساخارین و حاوی a) صفر، b) 5/.، c) 1، d) 2 گرم بر لیتر SDS (5/2pH=، غلظت ذرات g/lit 10، چرخه کاری %50، فرکانس Hz 10 ، دانسیته جریان 8، دما27 و زمان min 100).
| 53 |
| شکل 4-5- تاثیر غلظت SDS بر درصد وزنی ذرات کاربیدتنگستن در پوشش Cr-WC (5/2PH=، غلظت ذرات g/lit 10، g/lit 1 ساخارین، چرخه کاری %50، فرکانس Hz 10، دانسیته جریان 8، دما27 و زمان min 100).
| 55 |
| شکل 4-6- تصاویر SEM مورفولوژی سطح پوشش نانوکامپوزیتی Cr-WC از حمام حاوی 1 گرم بر لیتر SDS و a) 5/0، (b1، (c5/1، (d3 گرم بر لیتر ساخارین (5/2pH=، غلظت ذرات g/lit 10، چرخه کاری %50، فرکانس Hz 10، دانسیته جریان8، دما27 و زمان min 100).
| 57 |
| شکل 4-7- تاثیر غلظت ساخارین بر درصد وزنی ذرات کاربیدتنگستن در پوششهای Cr-WC (5/2pH=، غلظت ذرات g/lit 10، g/lit SDS 1، چرخه کاری %50، فرکانس Hz 10، دانسیته جریان8، دما27 و زمان min100).
| 58 |
| شکل 4-8- تصاویر SEM مورفولوژی سطح پوششهای کامپوزیتی Cr-WC از حمام با g/lit SDS 1، g/lit1 ساخارین، (a5، (b10، c) 20، (d 40 گرم بر لیتر کاربیدتنگستن (5/2pH=، چرخه کاری%50، فرکانس Hz 10، دانسیته جریان8، دما27 و زمان min 100).
| 59 |
| شکل 4-9- تصاویر SEM سطح مقطع پوششهای کامپوزیتی Cr-WC از حمام با g/lit SDS 1، g/lit 1 ساخارین، (a5، (b10، (c 20، (d 40 گرم بر لیتر کاربیدتنگستن (5/2pH=، چرخه کاری%50، فرکانس Hz 10، دانسیته جریان8، دما27 و زمان min 100).
| 60 |
| شکل 4-10- تاثیر غلظت کاربیدتنگستن بردرصد وزنی ذرات در پوششهای Cr-WC (5/2pH=، g/lit SDS 1، g/lit 1 ساخارین، چرخه کاری %50، فرکانس Hz 10 ، دانسیته جریان8، دما27 و زمان min 100).
| 61 |
| شکل 4-11- تصاویر SEM مورفولوژی سطح پوششهای کامپوزیتی Cr-WC از حمام با g/lit SDS 1 و g/lit 1 ساخارین با دانسیته جریانهای (a 2، (b8، (c15 و d) 20 آمپر بر دسیمتر مربع (5/2pH= ، چرخه کاری %50، فرکانس Hz 10، دما27 و زمان min 100).
| 62 |
| شکل 4-12- تاثیر دانسیته جریان بر درصد وزنی ذرات کاربید تنگستن در پوششهای Cr-WC (5/2pH=، غلظت ذرات g/lit 10، g/lit SDS 1، g/lit 1 ساخارین، چرخه کاری %50، فرکانس Hz 10 ، دما27 و زمان min 100). | 63 |
| شکل 4-13- تصاویر SEM ازمورفورلوژی سطح پوششهای نانوکامپوزیتی Cr-WC از حمام حاوی g/lit SDS 1، g/lit 1 ساخارین، درچرخه های کاری a) 30، b) 50، c) 70، d) 90 درصد (5/2pH=، غلظت ذرات g/lit، 10، فرکانس Hz 10، دانسیته جریان8، دما27 و زمان min 100).
| 65 |
| شکل 4-14- تاثیر چرخه کاری بر درصد وزنی ذرات کاربیدتنگستن در پوششهای Cr-WC (5/2pH=، غلظت ذرات g/lit 10، g/lit SDS 1، g/lit 1 ساخارین، فرکانس Hz 10، دانسیته جریان8، دما27 و زمان min 100).
| 66 |
| شکل 4-15- تصاویر SEM مورفولوژی سطح پوششهای کامپوزیتی Cr-WC از حمام حاویg/lit SDS 1 وg/lit 1 ساخارین (a 1، (b 10 (c 100، (d1000 هرتز (5/2pH=، غلظت ذرات g/lit 10، چرخه کاری %50، دانسیته جریان8، دما27 و زمان min 100).
| 68 |
| شکل 4-16- نمودار تغییرات درصد وزنی کاربیدتنگستن در پوششهای کامپوزیتی Cr-WC برحسب فرکانس، در حمام آبکاری با غلظت ذرات g/lit 10، g/lit SDS 1، g/lit 1 ساخارین، 5/2pH=، چرخه کاری %50، دانسیته جریان8، دما27 و زمان min 100.
| 69 |
| شکل 4-17- نمودار ریز سختی پوشش کرم خالص و پوشش کامپوزیتی Cr-WC برحسب غلظتهای مختلف WC در حمام آبکاری با دانسیته جریان 8، چرخه کاری %50، فرکانس Hz 10، SDS و ساخارین هر کدام g/lit 1.
| 70 |
| شکل 4-18- نرخ سایش پوشش کرم خالص و پوشش کامپوزیتی Cr-WC بر حسب غلظتهای مختلف WC در حمام آبکاری با دانسیته جریان 8، چرخه کاری %50، فرکانس Hz 10، SDS و ساخارین هر کدام g/lit 1.
| 71 |
| شکل 4-19- تصاویر SEM سطوح سایش پوششهای کامپوزیتی Cr-WC تولید شده در حمامهای حاوی غلظتهای a) 5، b) 10 و c) 40 گرم بر لیتر ذرات WC در آبکاری با دانسیته جریان 8، چرخه کاری %50، فرکانس Hz10SDS , و ساخارین هر کدام g/lit 1.
| 72 |
| شکل 4-20- نمودار ریز سختی پوشش کامپوزیتی Cr-WC بر حسب افزایش غلظت SDS در حمام آبکاری با دانسیته جریان 8، غلظت ذرات gr/lit10، چرخه کاری %50، فرکانس Hz 10، SDS وساخارین هر کدام g/lit 1. | 73 |
| شکل 4-21- نرخ سایش پوششهای کامپوزیتی Cr-WC بر حسب غلظت SDS در حمام آبکاری با دانسیته جریان 8، غلظت ذرات g/lit10، چرخه کاری %50، فرکانس Hz 10 و ساخارین g/lit 1.
| 74 |
| شکل 4-22- ریزسختی پوششهای کامپوزیتی Cr-WC بر حسب افزایش غلظت ساخارین در حمام آبکاری با دانسیته جریان 8، غلظت ذرات g/lit 10، چرخه کاری %50، فرکانس Hz 10 و SDS g/lit 1.
| 75 |
| شکل 4-23- نرخ سایش پوششهای کامپوزیتی Cr-WC بر حسب غلظت ساخارین در حمام آبکاری با دانسیته جریان 8، غلظت ذراتgr/lit 10، چرخه کاری %50، فرکانس Hz 10 و SDS g/lit 1.
| 76 |
| شکل 4-24- تصاویر SEM از سطوح سایش پوششهای کامپوزیتی Cr-WC در حمام با غلظتهای a) 5/0، b) 1 و c) 3 گرم بر لیتر ساخارین با دانسیته جریان 8، چرخه کاری %50، فرکانس Hz10 و SDS g/lit 1.
| 78 |
| شکل 4-25- نمودار ریز سختی پوششهای کامپوزیتی Cr-WC بر حسب مقادیر مختلف دانسیته جریان در حمام آبکاری با غلظت ذرات g/lit 10، فرکانس Hz 10، چرخه کاری %50، ساخارین و SDS هر کدام g/lit1.
| 79 |
| شکل 4-26- نرخ سایش پوششهای کامپوزیتی Cr-WC بر حسب دانسیته جریان در حمام آبکاری با غلظت ذرات g/lit 10، ساخارین و SDSهر کدام g/lit 1، چرخه کاری %50 و فرکانس Hz 10.
| 80 |
| شکل 4-27- تصاویر SEM از سطوح سایش پوششهای کامپوزیتی Cr-WC بر حسب دانسیته جریانهای a) 6، b) 8 و c) 20 آمپر بر دسیمتر مربع در حمام آبکاری با غلظت ذرات g/lit 10، ساخارین و SDSهر کدام g/lit 1، چرخه کاری %50 و فرکانس Hz 10.
| 81 |
| شکل 4-28- نمودار ریز سختی پوششهای کامپوزیتی Cr-WC در فرکانسهای مختلف در حمام آبکاری با دانسیته جریان8، چرخه کاری %50، غلظت ذرات g/lit 10، ساخارین و SDS هر کدام g/lit 1.
| 82 |
| شکل 4-29- نرخ سایش پوششهای کامپوزیتی Cr-WC بر حسب فرکانس در حمام آبکاری با دانسیته جریان8، غلظت ذرات g/lit 10، چرخه کاری %50، ساخارین و SDSهر کدامg/lit 1.
| 82 |
| شکل 4-30- نمودار ریز سختی پوششهای کامپوزیتی Cr-WC در چرخه های کاری مختلف در حمام آبکاری با دانسیته جریان8، غلظت ذرات g/lit 10، چرخه کاری %50، ساخارین و SDSهر کدامg/lit 1. | 83 |
| شکل 4-31- نرخ سایش پوششهای کامپوزیتی Cr-WC بر حسب چرخه کاری در حمام آبکاری با دانسیته جریان8، غلظت ذرات g/lit 10، فرکانس Hz 10، ساخارین و SDS هرکدام g/lit 1.
| 84 |