بخشی از مقاله
چکیده
با توجه به اهمیت و کاربردهاي گسترده پوششهاي کروم و پوششهاي آلیاژي آن از جمله نیکل- کروم در صنایع خودرو، زینتی و الکترولیز، به منظور توسعه مقاومت به خوردگی این پوششها در محیط هاي بسیار خورنده حاوي یون فلوئور ، مقاومت به خوردگی پوشش آلیاژي Cr-Ni در محلول 0/5 مولار تترا فلوبوریک اسید - HBF4 - بررسی شد. به این منظور پوششهاي نیکل- کروم با نسبتهاي مختلف کروم به نیکل از طریق آبکاري الکتریکی با جریان مستقیم ایجاد شد و در نهایت نسبت بهینه کروم به نیکل براي ایجاد پوشش با کیفیت سطحی مناسب و بیشترین مقاومت به خوردگی در محیط HBF4 تعیین گشت.
اثر درصد کروم بر ترکیب شیمیایی و مورفولوژي پوشش از طریق میکروسکوپ الکترونی روبشی - - SEM مجهز به آنالیز EDS و طیف سنجی پلاسماي جفت شده القایی - ICP - تعیین شد و نشان داد که افزایش نسبت کروم به نیکل در حمام آبکاري، باعث افزایش درصد کروم در پوشش تا ٪18 شده و پس از آن با افزایش بیشتر این نسبت، مقدار کروم در پوشش کاهش مییابد. مقاومت به خوردگی پوششها با استفاده از آزمونهاي غوطهوري و پلاریزاسیون خطی - - LP بررسی شد و مشخص شد که پوشش با ٪18 کروم داراي بیشترین مقاومت به خوردگی در محیط HBF4 است.
مقدمه
پوششهاي کروم به دلیل داشتن ظاهر زیبا و جذاب، مقاومت قابل توجه به خوردگی و سایش به صورت گسترده در سطوح قطعات مختلف کاربرد دارند.[4-1] رسوب کروم میتواند از حمام حاوي یونهاي Cr3+ و Cr6+ بدست آید. در گذشته رسوب کروم از حمام آبکاري حاوي کروم شش ظرفیتی بهدست میآمد اما این روش داراي معایبی از جمله بازده جریان کاتدي پایین، توان کم، دماي کاري بالا - بیشتر از - 50ᵒC و ایجاد مشکلات زیست محیطی بود. بنابراین در سالهاي اخیر بررسی جایگزین مناسب براي آن توجه زیادي را به خود جلب کرده است.[8-5]
- 1 از میان پوششهاي جایگزین مختلف، پوشش حاصل از کروم سه ظرفیتی جایگزین مناسبی میباشد. با این وجود، عواملی پوششدهی الکتریکی کروم - - را با مشکل مواجه میکنند، به گونهاي که تا کنون پوشش سخت و ضخیم در مقیاس صنعتی به وجود نیامده است، از جمله: مشکل بودن افزایش ضخامت و درصد کروم پوشش به دلیل تشکیل لایه پایدار از ترکیبات کمپلکس کروم سه ظرفیتی که مانع از ادامه یافتن تبدیل Cr3+ به Cr میشود[9]، ناپایدار بودن فرآیند آبکاري و حساسیت بالا به حضور ناخالصیها[10] و امکان اکسید شدن یونهاي سه ظرفیتی به یونهاي شش ظرفیتی.[11] علاوه بر این مشکلات، پوششهاي حاوي کروم سه ظرفیتی داراي مقاومت به خوردگی کمتري نسبت به پوششهاي کروم شش ظرفیتی هستند که نیاز به آلیاژي کردن آنها به منظور بهبود خواص را ایجاد کرده است. یکی از پوششهاي آلیاژي مناسب براي جایگزینی کروم شش ظرفیتی، پوششهاي نیکل-کروم میباشد.
این پوششها داراي مقاومت به سایش و خوردگی قابل توجهی هستند. همچنین مقاومت در برابر اکسیداسیون در دماي بالا، چسبندگی مناسب و ظاهر زیبا از جمله ویژگیهاي این پوشش ها است که باعث جذابیت آنها شده است. از طرفی با وجود تحقیقاتی که در زمینه مقاومت به خوردگی پوشش نیکل-کروم در محیطهاي اسیدي مختلف، انجام شده، بررسیها در محیطهاي حاوي یون فلوئور مانند HF و HBF4 بسیار محدود و کم بودهاست.[4-1] در واقع به نظر میرسد قدرت بالاي خورندگی این محیطها و مشکلات حاصل از آزمایشهاي مربوط باعث این محدودیت شده است. بر این اساس هدف از این پژوهش ایجاد پوشش آلیاژي نیکل-کروم با درصد کروم بالا در حمام آبکاري مناسب و بررسی رفتار خوردگی پوشش حاصل در محیط اسیدي HBF4 است.
مواد و روش تحقیق
آبکاري الکتریکی با جریان مستقیم و توسط دستگاه DC Power Supply 3050 بر روي زیرلایه از جنس ورق مسی با سطح 8cm2 2 انجام شد. براي انجام آبکاري از نمک کلرید کروم شش آبه - CrCl3.6H2O - به عنوان منبع یون کروم، نمک کلرید نیکل شش آبه - NiCl2.6H2O - به عنوان منبع یون نیکل، اسید فرمیک - HCOOH - به عنوان عاملهاي کمپلکس کننده کروم و سیترات سدیم - Na3C6H5O7.2H2O - به عنوان عامل کمپلکس کننده نیکل استفاده شد. همچنین در حمام از نمکهاي آمونیوم کلرید - NH4Cl - ، پتاسیم کلرید - KCl - ، آلومینیوم کلرید - AlCl3.6H2O - ، پتاسیم برمید - KBr - ، سدیم دو دسیل سولفات - NaC12H25SO4 - یا - SDS - و اسید بوریک - H3BO3 - استفاده شد.
مواد با خلوص صنعتی تهیه شد و حجم حمام آبکاري 250 میلی لیتر انتخاب شد . pH حمام با استفاده از NaOH و HCl روي 2/5 تنظیم شد و دما در حین آبکاري 30œC حفظ شد. آبکاري در دانسیته جریان 200 mA/cm2 و زمان 20 دقیقه انجام شد. پنج حمام آبکاري با مقدار ثابت نمک کلرید کروم، با مقدار 0/6 M و مقادیر متغیر نمک کلرید نیکل در هر حمام، با مقادیر 0/03 M، 0/04، 0/06 ، 0/075 و 1 تهیه شد. در نتیجه پنج حمام با نسبت یونهاي Cr3 +/ Ni2+، 20، 15، 10، 8 و 6 ایجاد شد. با توجه به کلریدي بودن و خورنده بودن حمام آبکاري، از دو آند - 1MMO - Ti/IrO2 که پایداري مناسبی در محیط کلریدي دارند استفاده شد و فاصله آند و کاتد 2 سانتی متر تعیین شد.
پیش از آبکاري زیر لایه با استفاده از کاغذ سمبادهي سیلیکون کاربید از شماره 250 تا 1000 سمباده زده شد.. قبل از ورود نمونهها به حمام آبکاري چربی گیري نمونهها در محلول 1 مولار سود و به مدت 1دقیقه انجام شد. سپس نمونهها با آب مقطر شسته شده و براي اسید شویی در محلول ٪18 حجمی اسید کلریدریک به مدت 1 دقیقه گرفتند. در نهایت نمونهها با آب مقطر شسته و خشک شد و در حمام آبکاري قرار گرفت.
پس از پوششدهی، به منظور بررسی ریزساختار پوششها، ضخامت و ترکیب شیمیایی آنها از میکروسکوپ الکترونی روبشی - SEM, MIRA\\TESCAN–LMU - مجهز به آنالیز عنصري EDS با ولتاژ روبش 15 KV استفاده شد. از طرفی براي بررسی دقیق تر درصد کروم از طیف سنجی پلاسماي جفت شده القایی - ICP - استفاده شد. به منظور بررسی رفتار خوردگی پوشش، آزمونهاي غوطه وري و پلاریزاسیون خطی در محلول 0/5 M HBF4 انجام شد.
