بخشی از مقاله
چکیده
پوششهای آلیاژی نیکل-بور سختی بالایی از خود نشان میدهند. حصول سختی و مقاومت به خوردگی بالا وابسته به شرایط بهینه رسوبدهی الکتروشیمیایی است. در این مقاله اثر چگالی جریان رسوبدهی الکتروشیمیایی بر ساختار و خواص پوششهای نیکل-بور مورد بررسی قرار گرفته است. ترکیب فازی، ریختشناسی سطحی، سختی و مقاومت به سایش پوششها به ترتیب با تفرق پرتو ایکس - XRD - ، میکروسکوپ الکترونی روبشی - SEM - ، ریزسختی سنجی ویکرز و آزمون سایش پین روی صفحه - Pin-on-disk - مورد مطالعه قرارگرفت. نتایج نشان داد در چگالی جریان رسوبدهی الکتروشیمیایی 0/5 A/dm2اساساً پوششی با ساختار آمورف به دست میآید و با افزایش چگالی جریان، ساختار پوشش از حالت آمورف به حالت بلوری تبدیل میشود. پوشش رسوبدهی شده در چگالی جریان 0/5 A/dm 2 بیشترین سختی - 984HV - و کمترین مقدار سایش - 0/7 mg - را از خود نشان میدهد. با افزایش چگالی جریان رسوبدهی تا 5 A/dm2 سختی تا 645 HV کاهش یافته و مقدار ماده ساییده شده نیز افزایش پیدا میکند. کاهش سختی و مقاومت به سایش پوششها با افزایش چگالی جریان، به بلوری شدن ساختار و افزایش اندازه بلورها نسبت داده شد.
کلمات کلیدی: پوشش آلیاژی Ni-B، رسوبدهی الکتروشیمیایی، چگالی جریان، سختی، مقاومت به سایش
-1 مقدمه
پوششهای کروم سخت بهدلیل سختی و مقاومت به سایش بالا به طور گستردهای در صنعت مورد استفاده قرار میگیرند. اما معایب محلولهای پوششدهی کروم سخت سمیبودن و سرطانزایی آنها میباشد که بههمین دلیل تلاشهای زیادی برای جایگزینی این پوشش انجام شده است .[1] در این میان پوششهای آلیاژی نیکل-بور سختی و مقاومت به سایش منحصربهفردی را از خود نشان میدهند .[2-4] از طرف دیگر عملیات حرارتی پوششهای آلیاژی نیکل-بور باعث تغییر ریزساختار آلیاژ از جمله تغییر در ترکیب فازی، اندازه دانه، تنش باقیمانده شده و سبب میشود مقادیر سختی و مقاومت به سایش آنها قابل مقایسه با پوششهای کروم سخت شود .[5-7] با وجود اینکه روشهای مختلفی مانند بوردهی حرارتی سطحی - thermal boriding - ، کوینچ ذوب - melt quenching - و پاشش در خلأ - spattering in vacuum - برای ایجاد پوششهای نیکل-بور مورد استفاده قرار میگیرند، اما روشهای رسوبدهی الکتروشیمیایی و شیمیایی بهدلیل سهولت فرآیند و مقرون بهصرفه بودن برای اعمال پوششهای آلیاژی نیکل-بور در مقیاس صنعتی مورد توجه زیادی قرار گرفتهاند. پوششهای نیکل-بور از حمامهای رسوبدهی دارای عامل احیا شونده قوی مانند هیدروبورایدهای سدیم و پتاسیم [8-12] و آمینو بورایدها - دی متیل آمین بور و تری متیل آمین بور - 15]،[14 بدست میآیند. علاوه بر این پوششهای آلیاژی نیکل-بور بصورت الکتروشیمیایی از حمامهای دارای هیدرو بورایدهای سدیم [13]، دی متیل آمین بور [17] و تری متیل آمین بور [18] رسوبدهی میشوند. رسوبدهی شیمیایی پوششهای نیکل-بور در دمای بالا - 70-90 C - و مقدار بالای - 13-14 - pH انجام میشود. رسوبدهی الکتروشیمیایی در مقایسه با شیمیایی دارای مزیتهایی مانند نرخ رسوبدهی بیشتر، دمای پایین فرآیند، پایداری بیشتر محلول، توزیع یکنواخت بور در پوشش رسوبدهی شده و کنترل آسانتر پارامترهای رسوبدهی میباشد. با این وجود مکانیزمهای رسوبدهی و خواص پوششهای آلیاژی نیکل-بور ایجاد شده از طریق رسوبدهی الکتروشیمایی در مقایسه با پوششهای رسوبدهی شیمیایی شده کمتر مورد مطالعه قرار گرفته است.
Yu Liang و همکارانش [18] به بررسی رفتار مکانیکی پوشش نیکل-بور به عنوان جایگزینی برای پوشش کروم سخت پرداختند. نتایج بدست آمده نشان داد سختی و مقاومت به خراش پوششهای آلیاژی نیکل-بور قابل مقایسه با پوشش کروم سخت میباشد. [19] Krishnaveni با استفاده از عامل احیا شونده دی متیل آمین بور، پوشش آلیاژی نیکل-بور را ایجاد کرد. پوشش رسوب دهی شده دارای ساختار آمورف میباشد. سختی پوشش 570 ویکرز گزارش شد که با اعمال عملیات حرارتی به مقدار 908 ویکرز افزایش یافت. Lee و همکارانش [20] به بررسی تأثیر مقدار بور بر ساختار و تنش پسماند ناشی از همرسوبی اتم بور با نیکل پرداختند. آنها نشان دادند که افزایش مقدار بور سبب تغییر ساختار پوشش نیکل-بور از حالت بلوری به آمورف میشود. همچنین افزایش بور موجب افزایش تنش پسماند کششی در پوشش میشود.
با وجود سختی و مقاومت به سایش منحصر بهفرد پوششهای نیکل-بور، استفاده صنعتی نیازمند بررسی تأثیر پارامترهای رسوبدهی بر خواص مکانیکی، ساختاری و شیمیایی پوششهای نیکل-بور میباشد. از جمله عوامل تأثیر گذار بر خواص پوششهای نیکل-بور رسوبدهی شده الکتریکی میتوان به ترکیب حمام پوششدهی، دما، چگالی جریان و سرعت چرخش اشاره کرد. چگالیجریان اعمالی مهمترین پارامتر در فراِیند رسوبدهی الکتروشیمیایی میباشد که ترکیب شیمیایی، ساختار و خواص ایجاد شده را تحت تأثیر قرار میدهد. با توجه به مقدار چگالی جریان، پوشش میتواند ساختار آمورف یا بلوری داشته باشد .[17] در این تحقیق به بررسی تأثیر چگالی جریان اعمالی بر ساختار، مورفولوژی، سختی و مقاومت به سایش پوششهای آلیاژی نیکل-بور رسوب دهی الکتروشیمیایی شده پرداخته شده است.
-2 مواد و روش تحقیق
رسوبدهی پوشش آلیاژی نیکل-بور در حمام اصلاح شده واتس با استفاده از TMAB بعنوان منبع تأمین کننده بور انجام گرفت. ترکیب شیمیایی حمام و پارامترهای فرآیند رسوبدهی در جدول 1 و 2 نشان داده شده است. فرآیند رسوبدهی در بشری حاوی 100 ml الکترولیت انجام شد. دمای حمام رسوبدهی در 45± 1 ثابت نگه داشته شد. اسیدیته محلول با استفاده از اسیدسولفوریک و هیدروکسیدسدیم در مقدار 3/8± 0/1 تنظیم شد. با توجه به سرعت رسوبدهی در محلول واتس، با تنظیم زمان رسوبدهی ضخامت پوششهای اعمالی مقدار 12 ʽm بدست آمد.
جدول -1 ترکیب شیمیایی الکترولیت مورد استفاده در رسوبدهی الکتروشیمیایی پوشش آلیاژی .Ni-B
