بخشی از مقاله
چکیده
تحقیق حاضر به بررسی تولید پوشش نانو کریستال نیکل با اثر افزودن کبالت 8/5 - و 18 درصد وزنی - بر رفتار خوردگی آن با اندازه دانههای در مقیاس نانو کریستال و میکروکریستال پرداخته است. به منظور بررسی ریزساختاری و فازی از میکروسکپ الکترونی روبشی و آنالیز XRD استفاده شد. بررسی رفتار خوردگی به دو روش الکتروشیمیایی - پلاریزاسیون پتاسیودینامیک - و روش اتمسفری - غوطه وری در محلول3/5 درصد وزنی کلرید سدیم - مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج نشان داد افزودن کبالت با میزان 8/5 درصد وزنی به نسبت پوشش نانوکریستال نیکل اندازه دانه ریزتری در پیداشت، کبالت در پوشش نیکل موجب بهبود رفتارخوردگی میشود.
.1 مقدمه
مواد نانوکریستال، مواد تک فازی یا چند فازی هستند که دانههای آنها حداقل در یکی از سه بعد کمتر از 100 نانومتر باشد.رسوبدهی الکتریکی به عنوان یک روش ساخت مواد نانوکریستال امروزه این روش در مقایسه با دیگر فرایندها بعنوان یک روش با مزایای منحصر بفرد برای ساخت مواد نانوکریستال شناخته شدهاست.
از جمله این مزایا میتوان به صرف هزینه کمتر نسبت به سایر روشها، کنترل آسان عوامل موثر بر اندازه دانه،امکان ساخت موادی با اندازه دانه کمتر از 20 نانومتر، امکان ساخت مواد نانوکریستالی متعدد مانند نیکل کروم ونیکل- کبالت تنگستن و...میباشد.
آلیاژهای نیکل - کبالت بعنوان آلیاژهای پوششی یاغیرپوششی دارای کاربرد وسیعی در صنایع تزئینی و مواد مغناطیس به ویژه ساخت حسگرها و ...میباشند. همچنین دارای خواص مقاومت به خوردگی ،سختی و استحکام بالا، مقاومت به سایش خوب میباشد. روشهای مختلفی برای آبکاری این آلیاژها مورد استفادهقرارگرفتهاست که شامل روش استفاده از جریان برق مستقیم، جریان پالسی میباشد.
با بررسی آلیاژهای نیکل - کبالت، ترکیبات شیمیایی و ریزساختاری مختلفی دیده میشود که خواص فیزیکی و الکتروشیمیایی آنها به شدت به درصد کبالت بستگی دارد مقایسه اکسیداسیون برای نمونه نیکل میکروکریستال و نمونه نانوکریستال نشان داد که رفتار نمونه درشت دانه نسبت به نمونه نانوکریستال نیکل رفتار بهتری دارد که این رفتار مربوط به اندازه دانه میباشد .
بررسی رفتار شکست آلیاژ Ni-8.6 wt.% Co با اندازه دانه 13nm نشان داد که نرخ کرنش بر نوع شکست موثر بوده. به طوری که در نرخ کرنشهای میانه نابجایی و مزردانه های کمتری فعال شده و شکست ترد رخ میدهد. همچنین در نرخ کرنشهای بالاتر و یا خیلی کمتر نفوذ مرزدانهای راحتتر شده و شکست نرم مشاهده شدهاست.بنابراین مکانیزم تغییر شکل در نانو کریستالها توسط تغیر نرخ کرنش اتفاق افتاده-است. بررسی نشانداد فاز FCC دارای بزرگترین سایز دانه و درنتیجه بهترین رفتارخوردگی بودهاست .
دربیشتر موارد درصد کبالت موجود در پوشش بیشتر از الکترولیت است که مربوط به رفتار رسوب همزمان غیر عادی پوشش Ni-Co میباشد. این رفتار به دلیل جذب رقابتی فلز فعالتر - - co نسبت به فلز نجیبتر میباشد.[9] جذب رقابتی هیدروکسیدهای فلزی، مونوهیدروکسیدها و یونهای فلزی فعالتر در کاتد باعث افزایش موضعی PH میشود.[10] باکنترل همرسوبی غیرعادی، در PH های پایین هیدروژن اتمی و هیدریدهای دوفلز و در PH های بالا بیشترین میزان برای اکسیژن اتمی و هیدروکسید دو فلز مشاهده شد. ینابراین وجود کبالت در رسوب مربوط به درصد کبالت در الکترولیت بوده و با افزایش PH افزایش یافتهاست.
رفتار خوردگی به روشهای پلاریزاسیون و امپدانس الکتروشیمیایی برای الیاژهای با درصدهای مختلف Co، آلیاژ Ni-Co 20% رفتار خوردگی بهتری به دلیل افزایش مقدارRp و کاهش مقدار جریان خوردگی پلاریزاسیون، نسبت به الیاژهای دیگر%Ni-Co 50 و Ni-Co 80%، کبالت ساده و پوشش نیکل دارد. پوشش غنی از کبالت و کبالت ساده خواص خوردگی ضعیفی دارد. ساختار فازی در درصدهای پایین کبالت FCC، برای پوششهای غنی از کبالت FCC + HCP - %80-50 - و کبالت ساده ساختارHCP میباشد.
تاثیر فوق پتانسیل و غلظت نیکل بر رفتار کاتدی رسوب Ni-Co بررسی شد. مکانیزم تشکیل پوشش رسوبدهی کنترل شده همراه با نفوذ می-باشد. میزان رسوبدهی با افزایش پتانسیل و غلظت افزایش یافتهاند. همچنین ساختار الیاژ به علت رشد صفحهای همزمان به صورت لایهای تشکیل گردید. افزایش زمان ابکاری،موجب افزایش کبالت موجود در پوشش شده است. همچنین انجام عملیات حرارتی موجب رفع نقص و بهبود خواص گردیده است.
.3 روش تحقیق
برای ایجاد پوشش نانوکریستال نیکل-کبالت از سطح نمونههای فولاد304 به ابعاد تقریبی 25× 220mm وضخامت حدود 2mm آماده سازی شد و عملیات آبکاری با الکترولیت گردش کننده حاوی محلول واتس مطابق جدول1 با PH محیط نیکل خالص 3/8 ونیکل-کبالت 5، در دمای 50°c و دانسیته جریان مستقیم 100mA/cm_ انجام گرفت. آزمایشهای تفرق اشعه ایکس در ولتاژ 40kV، جریان 30mA و پرتو مس با طول موج = 1/5406$ ، گام0/2˚0 * و سرعت روبش 0/04 /V در محدوده 30-120˚ به منظور تعیین نوع فازها و همچنین تعیین میانگین اندازه دانهها انجام گردید.
آزمون پلاریزاسیون تافل در محلول 3/5 درصد وزنی کلرید سدیم با استفاده از دستگاه پتانسیواستات/گالوانواستات اتولب مدل - N302PGSTAT - از سلول استاندارد شامل الکترود پلاتین به عنوان الکترود کمکی و الکترود کالومل - - SCE به عنوان الکترود مرجع استفادهشد. و روبش با نرخ 1mv/s در محدوده پتانسیلی - - - 1تا - - 0/4 انجام گردید. بااستفاده از نرمافزار 1,10Novi نتایج ثبت شد.
پلاریزاسیون پتانسیودینامیک تافل نمونهها پس از ماندگاری در محلول 3/5 درصدوزنی کلرید سدیم، به مدت 30 دقیقه جهت رسیدن به پتانسل مدار باز به حالت پایدار مورد بررسی قرارگرفت. همچنین به آزمون روش اتمسفری - غوطه وری در محلول3/5 درصد وزنی کلرید سدیم - با وزن سنجی بررسیشد. نمونهها قبل و بعد از قرارگیری در داخل محلول خورنده آزمایش، در زمانهای 26 و 168 ساعت، با ترازوی دیجیتال وزن سنجی شدند.
سطح نمونهها بعد از بیرون آوردن از محلول خورنده با الکل شسته شده و با دمش هوای گرم خشک شد، میزان خوردگی در واحد سطح بر حسب mg/cm_ از رابطه 1 محاسبه گردید. در این رابطه Wi و Wf به ترتیب وزن نمونه قبل از قرار گرفتن در داخل محلول و بعد از خارج کردن نمونه از داخل محلول خورنده بوده و A مساحت سطحی از نمونه است که در معرض خوردگی قرار گرفته است.
جدول-1 ترکیب شیمیایی حمام مورد استفاده درآبکاری
.4 نتیجه و جمع بندی
در شکل1قسمت - الف - پوشش نیکل مشخص شدهاست و افزودن سولفات کبالت به میزان 8,5 درصد که موجب تغییر مورفولوژی سطح شدهاست و میزان ناهمواری سطح افزایش یافتهاست این امر میتواند به تاثیر هیدروکسیدهای کبالت بر مکانیزم جوانهزنی و رشد مربوط باشد. در این حالت مونوهیدروکسیدهای کبالت با جذب سطحی و نشستن بر مراکز رشد، از رشد دانه جلوگیری میکنند. اثر افزودن سولفات کبالت در شکل1 قسمت - ب - مشخص شدهاست، در قسمت - ج - مربوط به کبالت با میزان 18 درصد میباشد.
مورفولوژی سطح پوشش حاوی تجمعی از دانههای بسیار ریز بوده و لذا در مقیاس میکروسکوپی، سطح پوشش ناهموار است. در آبکاری فلزات با پتانسیل منفی، یونهای هیدروژن بهطور همزمان با یون فلزی احیا میشوند و سرعت احیاء حبابها با سطح فلز و درون حبابها متفاوت بوده و موجب سینتیک متفاوت رشد پوشش در مناطق مرزی و مناطق درونی آنها شده است.
بنابراین پوشش با دانههای بسیار ریز به شکل حبابها درآمده و دارای سطح ناهموار و مرفولوژی کولونی میباشد. اختلاف ناشی از سرعت نشست یونهای فلزی موجب سینتیک رشد پوشش درمناطق مرزی حبابها با مناطق درونی آنها میشود. انالیز XRD به منظور تعیین نوع فازها و همچنین تعیین میانگین اندازه دانهها انجام گردید. برای تصحیح خطاهای دستگاهی در فرایند تعیین اندازه دانهها از روش پهن شدگی پیک الگوی پراش[11,12 ] یک نمونه نیکل خالص آنیل شده - درشت دانه و عاری از میکروکرنش - به عنوان نمونه شاهد - مرجع - تحت آزمایش XRD قرار گرفت.
شکل .1تصویر میکروسکپ الکترونی روبشی پوشش های نانوکریستال نیکل و نیکل کبالت
