بخشی از مقاله
چکیده
پوشش نانو کامپوزیتیCr-WC به دلیل خواص مطلوب مانند مقاومت به خوردگی و سایشی بالا، در صنایع مختلف کاربردهاي وسیعی دارد. در این تحقیق پوشش نانوکامپوزیتیCr-WC در حمام آبکاري واتس حاوي ذرات کاربیدتنگستن با قطر متوسط 70 نانومتر با استفاده از جریان هاي مستقیم و پالسی مربعی از حمام کروم سه ظرفیتی تولید شد. تاثیر نوع جریان مورد استفاده جهت آبکاري بر میزان ذرات کاربیدتنگستن و نحوه توزیع آن ها در پوشش، یکنواختی،میزان سختی و نرخ سایش پوشش هاي تولیدیمورد بررسی قرار گرفت.
بررسی هاي مورفولوژي با استفاده از SEM انجام شد. و در صد وزنی ذرات کاربیدتنگستن در پوشش با آنالیز ترکیبی EDX اندازه گیري شد.براي اندازه گیري و مقایسه سختی پوشش ها از دستگاه ریز سختی سنج با فرورونده ویکرز استفاده شد و براي انجام آزمایش سایش از روش پین روي دیسک استفاده شد. نتایج نشان داد در پوشش دهی با استفاده از جریان پالسی نسبت به جریان مستقیم، حضور نانو ذرات در پوشش بیشتر و از نظر توزیع یکنواخت تر، سختی و رفتار سایشی پوشش بهتر و یکنواختی ضخامت پوشش مناسبتر میباشد.
واژههاي کلیدي: رفتار سایشی؛ جریان مستقیم؛ جریان پالسی مربعی؛ ذرات کاربیدتنگستن.
مقدمه
پوشش هاي کامپوزیتی از اوایل قرن نوزدهم مورد توجه قرار گرفته و خواص خوب مکانیکی و مقاومت به اکسیداسیون و خواص مغناطیسی خوب این پوشش ها سبب شده در سال هاي اخیر مورد توجه خاصی قرار گرفته و در صنایع مختلف کاربرد زیادي پیدا کنند در پوشش هاي نانوکامپوزیتی، قطرذرات تقویت کننده از ابعاد میکرمتري به زیر 100نانومتر کاهش پیدا می کند و این امر باعث می شود که سختی، استحکام، مقاومت به سایش ومقاومت به خوردگی پوشش به مقدار قابل توجهی افزایش یابد.
آبکاري الکتریکی یکی از روش هاي مناسب براي تولید پوشش هاي نانو کامپوزیتی است. در این روش نانو ذرات معلق در حمام آبکاري در حین فرآیند پوشش دهی الکتریکی به داخل پوشش وارد می شوند. از مزایاي این روش نسبت به روش مقایسه مورفولوژي و رفتار سایشی هاي دیگر تولید مواد نانو کامپوزیتی، می توان به دماي پایین فرآیند و دانسیته بالاي محصول تولیدي اشاره کرد. .[5]براي ایجاد پوشش کامپوزیتی به روش آبکاري الکتریکی می توان از جریان هاي مستقیم، پالسی مربعی،مثلثی و جریان پالسی معکوس استفاده کرد.
گرچه از جریان مستقیم در موارد بسیاري در ایجاد پوشش هاي کامپوزیتی با ذرات نانو استفاده شده است ولی بررسی ها نشانداده اند که بکارگیري جریان پالسی علاوه بر امکان ایجاد بازه ي گسترده تري از ترکیبات کامپوزیتی منجر به حضور بیشتر ذرات نانومتري در پوشش می شود.[6]آبکاري با جریان پالسی میتواندباعث بهبود سختی،داکتیلیته،زبري سطح و همچنین تخلخل کمتر و مقاومت به سایش بیشتر شود.
درجریان پالسی در زمان خاموشیpH و غلظت یون هاي فلزي روي کاتد قابل بازیابی است.بازیابی یون هاي فلزي و هیدروژن تا اندازه اي به چگالی جریان، فرکانس پالس و سیکل کاري وابسته است.انرژي سطحی بالاي ذرات استحکام دهنده نانومتري باعث کلوخه اي شدن وتوزیع غیر یکنواخت ذرات در زمینه ودر نتیجه کاهش خواص مکانیکی می شود .اتصال ضعیف بین ذرات در یک کلوخه باعث سهولت جوانه زنی ترك می شود وبه کاهش استحکام کششی نهایی و داکتیلیته منجر خواهد شد.
براي کاهش قطر کلوخه ها می توان از روش هایی مثل ارتعاش آلتراسونیک وکاهش غلظت یونی محلول،کاهش درصد حجمی ذرات در محلول و افزودن فعال کننده هاي سطحی استفاده کرد.در این تحقیق تاثیر پارامتر هاي فرآیندي دانسیته جریانوسیکل کاري بر مقدار و نحوه توزیع نانو ذرات کاربیدتنگستن در پوشش و همچنین یکنواختی، میزان سختی و نرخ سایش پوشش هاي تولیدیمورد بررسی قرارگرفته است.
مواد و روش تحقیق
براي تولید پوشش نانو کامپوزیتی WC-Cr از حمام آبکاري واتس باترکیب 100 گرم بر لیتر، 10 گرم برلیتر، 40 گرم برلیتر، 40 گرم بر لیتر، 15 گرم بر لیتر استفاده شد. ساخارین و SDS در غلظت هاي 1 گرم بر لیتر به عنوان افزودنی به ترکیب حمام اضافه شدند. غلظت ذرات کاربید تنگستن در ترکیب حمام 10 گرم بر لیتر ثابت نگه داشته شد. شرایط آبکاري نمونه هاي مختلف است. از آلیاژ - سرب95% آنتیموان - 5% با مساحت 40cm 2 به عنوان آند و فولاد St37 با سطح مقطع 20cm 2 به عنوان کاتد استفاده شد. براي زدودن آلودگی ها و لایه هاي اکسیدي از سطح کاتد، آن را با کاغذ سمباده هاي شماره 400 تا 1200 پالیش کرده وسپس در محلول ذکر شده در جدول 3 فعال سازي گردید.
ترکیب حمام الکتروپولیش
در حین فرآیند آبکاري pH محلول در 2/5 و دماي آن در 27oC نگهداري شد.براي اعمال پوشش ازمنبع جریان مستقیم وپالسی استفاده شد. مورفولوژي پوشش و توزیع نانو ذرات کاربیدتنگستن در آن با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی مجهز به آنالیزور EDS مورد بررسی قرار گرفت. براي تعیین درصد وزنی ذرات کاربید تنگستن در پوشش از آنالیز EDX استفاده شد. براي اندازه گیري ضخامت پوشش از کولیس دیجیتالی استفاده شد.
همچنین براي اندازه گیري و مقایسه سختی پوشش ها از دستگاه ریز سختی سنج با فرورونده ویکرز استفاده شد و براي انجام آزمایش سایش از روش پین روي دیسک استفاده شد. در این روش پین با شکل و وزن مشخص و با نیروي W بر روي سطح قرار گرفته و دیسک شروع به چرخش میکند. در این حالت نیروي اصطکاك در خلاف جهت چرخش دیسک اعمال می شود. فولاد بلبرینگ با سختی 55HRC به عنوان پین ساینده مورد استفاده قرار گرفت.
نتایج و بحث
در آبکاري الکتریکی به روش مستقیم معمولا ضخامت پوشش در لبه ها نسبت به نقاط مرکزي زیادتر است در نتیجه یک پوشش نایکنواخت بوجود خواهد آمد. شکل 1 تغییرات ضخامت پوششهاي حاصل از آبکاري الکتریکی با جریان مستقیم تغییرات ضخامت پوششهاي حاصل از آبکاري الکتریکی با جریان پالسی را بر حسب دانسیته جریان نشان میدهد. ملاحظه میشود که اختلاف ضخامت پوشش در لبه نمونه ها نسبت به وسط آنها در روش پالسی کمتر از روش مستقیم است.
در آبکاري با جریان پالسی در لحظه اي که جریان قطع می شود فرایند رسوب گذاري نیز متوقف میشود. در این لحظه لبه لایه هاي پوشش با محیط اطراف واکنش داده و محصولات بجا مانده در لبه ها موجب به تعویق افتادن فرایند رسوب گذاري در این نقاط می شود در نتیجه در سیکل بعدي هیچ نقطه خاصی براي رسوب گذاري مجدد ارجحیت ندارد و همه جاي قطعه بطور همزمان پوشش داده میشود.
