بخشی از مقاله
چکیده
هدف از این پژوهش بررسی تاثیر دو پارامتر مهم در آبکاری پوشش های نانو کامپوزیت یعنی مقدار نانو ذرات آلومینا در حمام وچگالی جریان الکتریکی بر درصد حجمی ذرات ،مورفولوژی ،میزان مقاومت به سایش ، میزان سختی و میزان چسبندگی پوشش می باشد. در این تحقیق پوشش کروم سخت و پوشش نانو کامپوزیتی کروم - آلومینا با استفاده از جریان مستقیم به روش آبکاری الکتریکی در حمام کروم شش ظرفیتی وبا تغییر دو پارامتر غلظت نانو ذرات آلومینا وچگالی جریان بر حسب آمپر بر دسی متر مربع بر روی نمونه ها اعمال گردید.بعد از آن با استفاده از تصاویر میکروسکوپ الکترونی و نوری ، آنالیز سطحیEDS ،آزمون XRD ،آزمون سختی سنجی میکرو ویکرزوآزمون سایش پین روی دیسک پوشش ها مورد بررسی قرار داده شدند.
نتایج نشان داد که بیشترین مقدار نانوآلومینا در پوشش های نانو کامپوزیتی تولید شده در شرایط بهینه 25 گرم بر لیترنانو آلومینا در حمام،میانگین چگالی جریان50 آمپر بر دسی متر مربع حاصل می شود. تصاویر میکروسکوپ الکترونی نشان داده است وجود ذرات نانوآلومیناموجب اصلاح مورفولوژی رشد پوشش میگردد.همچنین نتایج XRD از ریز شدن ساختار و کریستالیت ها باافزایش دانسیته نانو ذرات در پوشش حکایت میکند. مقایسه میان پوشش کروم سخت و پوشش نانو کامپوزیتی کروم -آلومینا نشان داد که پوشش حاوی ذرات نانو آلومینا به میزان 46 درصد سخت تر و مقاومت به سایش بسیار بیشتری در برابر پوشش کروم سخت دارد.
کلیدواژه:پوشش نانو کامپوزیتی،جریان مستقیم،حمام کروم شش ظرفیتی،ذرات آلومینا.
-1مقدمه
مواد نانودر سال های اخیر موضوع فعالیتهای تحقیقاتی زیادی قرار گرفته اند. با به کارگیری این گونه مواد کاربردهای جدید، متعدد و متنوعی در زمینه های گوناگون علم و فناوری ایجاد گردیده است. در اوایل دهه 1950 و اواخر دهه 1960 پوشش های کامپوزیتی اعمال شده به روش آبکاری پیشرفت زیادی داشتند. در طول دهه های 1970 و 1980 ، پژوهش ها بر روی نیاز به تولید پوشش هایی با خواص مکانیکی، خوردگی و سایشی بالا متمرکز شدند.[1]هم نشانی ذرات نانو در زمینه فلزی توسط نظریه سلیس به اثبات رسیده است که این نظریه به طور مفصل پنج مرحله ،از تشکیل ابر یونی به دور ذره نانو تا جذب آن به روی سطح کاتد را توضیح می دهد.[ 2 ] تحقیقات زیادی در زمینه پوشش نیکل -نانو آلومینا صورت پذیرفته است که نشان میدهد ذرات نانو آلومینا درون پوشش میتواند موجب اصلاح عیوب پوشش و بهبود خواص فیزیکی و مکانیکی پوشش گردد ، به طور مثال در پژوهش های چن1 و همکارانش افزایش استحکام و سختی پوشش زمینه نیکلی در حضور ذرات سرامیکی نانو آلومینا با مکانیزم تشکیل حلقه های نابجایی اوروان و همچنین در پژوهش های مین چوی2 و همکارانش نیز اصلاح مورفولوژی ساختار و ریز دانه شدن کریستالیت ها با مکانیزم هال پچ مورد تایید قرار گرفته است3 ]و.[4همچنین در زمینه پوشش کروم سخت-نانوآلومینا تحقیقات کمی صورت گرفته است اما در سال 1982 ناریان3 و همکارانش در زمینه پوشش کروم -میکرو آلومینا به نتایج جالبی دست یافتند.
از جمله این دستاورد ها میتوان به افزایش میزان سختی با افزایش ذرات میکرو آلومینا درون پوشش اشاره کرد[5] .همچنین در تحقیق پوشش کروم سخت و انواع ذرات سرامیکی که توسط یوسف پور و همکارانش انجام پذیرفت نشان داد بهترین شرایط سایش را پوشش کروم سخت -نانو آلومینا در مقایسه با دیگر ذرات نانو دارد. [6 ]هدف از این پژوهش تولید پوشش نانو کامپوزیتی ،کروم - نانو آلومینا ، اصلاح ساختار وهمچنین مقایسه سختی و مقاومت به سایش آن نسبت به پوشش های کروم سخت میباشد که تحقیقات کمی در مورد آن منتشر شده است.برای این منظور در این پروژه ضمن ثابت نگه داشتن و کنترل دقیق سایر پارامتر های آبکاری، دو عامل چگالی جریان الکتریکی بر حسب آمپر بر دسی متر مربع و میزان غلظت نانو ذرات آلومینا در حمام بر حسب گرم بر لیتربه صورت متغیر و موثر در نتایج آزمایشات در نظر گرفته شده است.
فرآیندکلی تولید این پوشش نانو کامپوزیت وروند مطالعاتی وآزمایشگاهی با آماده سازی قطعات وحمام الکترولیت آغاز میشود وبا توزیع یکنواخت مقدار معینی پودر نانو آلومینا وآبکاری وپوشش دهی قطعات با سه جریان مختلف انجام می شود.ادامه این روند با اضافه شدن میزان غلظت ذرات نانو آلومینا در حمام کروم شش ظرفیتی و آبکاری مجدد در سه جریان مختلف پیگیری می شود. بعد از پوشش دهی تمامی قطعات،پوشش ها مورد بررسی کامل قرار می گیرند.بررسی کیفیت و خواص پوشش ها در سه دسته کلی بررسی مورفولوژی ، بررسی خواص سختی و بررسی مقاومت به سایش پوشش صورت می گیرد.بررسی سطح و ساختار پوشش به وسیله میکروسکوپ نوری ،میکروسکوپ الکترونی روبشی و پراش اشعه ایکس صورت میگیرد،که به بررسی ساختار پوشش ، روند تغییرات میکرو ترک ها وهمچنین به نحوه توزیع ذرات نانو آلومینا در پوشش منجر می شود.
-2مواد و روش تحقیق
انجام این تحقیق شامل چهار مرحله کلی میباشد که عبارتند از:
الف-آماده سازی زیر لایه از جنس فولاد 4340 شامل :سمباده زنی ،اسید شویی،چربی زدایی و آبکشی،
ب-آماده سازی حمام شامل: مخلوط درصد دقیق مواد ،همچنین انتخاب و انجام روش بهینه جهت توزیع یکنواخت ذرات نانو آلومینا در حمام ،
ج -کنترل پارامترهای ثابت آبکاری واعمال پوشش ،و
د- بررسی پوشش های اعمالی از نظر مورفولوژی ، میزان سختی و مقاومت به سایش می باشد.
نحوه آماده سازی قطعات وحمام الکترولیت و پارامترهای ثابت در این پژوهش با استناد به پژوهش های اوسوالد 4و همکارانش که در زمینه پوشش کروم میباشد انجام پذیرفت7]و.[ 8همچنین دمای بهینه حمام آبکاری در حدود 50 درجه سانتی گراد و چگالی جریان اعمالی تا 50 آمپربر دسی متر مربع برای پوشش میکرو آلومینا و کروم سخت در پژوهش های نارایان و همکارانش تعیین شده است.[ 5]پارامتر های دیگر نظیر ph ، سرعت همزدن همزن مگنت ، فاصله آند و کاتد و نسبت سطح آند به کاتد به صورت بهینه از نتایج پژوهش های دیگر توسط وینوکرو5 و همکارانش تعیین گردید9 ]و. [10 ترکیب الکترولیت مذکور در جدول 1 و مشخصات و تصویر میکروسکوپ الکترونی ذرات نانو آلومینا مورد استفاده نیز در جدول2 وشکل 1 آورده شده است.
