بخشی از مقاله
چکیده
پوششهای الکترولس کامپوزیتی نوعی از پوششهای کامپوزیتی هستند که ذرات جامد توسط آبکاری الکترولس و غوطه وری در حمام الکترولس با زمینه پوشش بر روی سطح قطعه هم رسوب میشوند. در این پژوهش پوشش الکترولس Ni-P و پوشش الکترولس نانوکامپوزیتی Ni-P-SiC حاوی 5ر2 گرم برلیتر نانو ذرات تولید و از نظر مورفولوژی و مقاومت به سایش مورد بررسی و مقایسه قرار گرفتند. به منظور بررسی مورفولورژی نمونهها از دستگاه میکروسکوپ الکترونی روبشی و آنالیز طیف سنجی پراش انرژی پرتو ایکس استفاده شد و از بار 6N در مسافت 300 متر برای بررسی مقاومت به سایش نمونهها استفاده شد. نتایج وجود نانو ذرات SiC به صورت یکنواخت را در پوشش و همچنین افزایش مقاومت به سایش در نمونههای نانوکامپوزیتی نسبت به سایر نمونهها نشان داد.
-1 مقدمه
فلز منیزیم با دانسیته 7 gr/cm3ر1، 35 درصد سبکتر از آلومینیم و 5ر4 برابر سبکتر از فولاد است.[1] سبکی زیاد این فلز باعث استفاده از آن در تمام صنایعی که قطعات متحرک تولید میکنند نظیر خودروسازی و هوافضا شده است. سایر خواص این فلز شامل استحکام خستگی بالا، مورد استفاده در چرخها، خاصیت جذب ارتعاش، مورد استفاده در صنایع هوافضا، پایداری ابعادی مورد استفاده در محفظههای الکترونیکی و قید و بندها1 و مقاومت به اعوجاج مورد استفاده در صنایع بستهبندی میباشد.
[2] به خاطر محدودیت منابع سوخت فسیلی و مشکلات زیست محیطی، محدودیتهایی برای سازندگان خودرو برای سبک کردن سازه و کاهش مصرف سوخت وجود دارد. کاهش وزن به میزان 100kg باعث صرفهجویی در میزان سوخت به مقدار 5ر0 لیتر در هر 100km میشود به علاوه کاهش وزن، موجب کاهش قابل ملاحضه مقدار دیاکسید کربن آزاد شده در اتمسفر و آلودگی کمتر محیط زیست میشود.[3] به همین خاطر کمپانیهای بزرگ خودروسازی نظیر ولس واگن2 و بی.ام.و3 پیشتاز استفاده از این فلز در محصولات خود بودهاند. سایر کمپانی-های خودروسازی نیز استفاده از این فلز را در محصولات خود افزایش دادهاند.[4] آلیاژ AZ31 منیزیم که در این پروژه به عنوان زیرلایه استفاده شده است، از پرکاربردترین آلیاژهای کارپذیر این فلز میباشد.
علت استفاده گسترده ازاین فلز در صنایع مختلف قابلیت شکلپذیری خوب آن درمقایسه با سایر آلیاژهای منیزیم گزارش شده است.[5] در سال 1844 میلادی ورتس1 دریافت که میتوان نیکل فلزی را با احیا شدن توسط هیپوفسفیت از محلول آبی نمکهای نیکل رسوب داد. اما این کشف تا یک قرن بعد مورد استفاده جدی قرار نگرفت تا این که در سال 1946 پس از دوسال تلاش توسط ریدل و برنر2 تکنولوژی الکترولس نیکل امروزی ابداع شد. این پیشرفتها به گونهای بود که در سال 1965 پوشش الکترولس نیکل براکثر فلزات و غیر فلزات قابل انجام بود. در طی سالهای 1978 تا 1982 تحول مهمی در این صنعت رخ داد و در واقع پوششهای الکترولس نیکل غنی از فسفر به صورت ساختار آمورف و شیشهای به وجود آمد.[6]
آبکاری الکترولس نیکل روشی برای ایجاد پوشش نیکل بدون استفاده از جریان الکتریکی میباشد.[7] اساس حمامهای ابکاری اتوکاتالیتیک3 یا آبکاری شیمیایی بر احیاء نمکهای فلزی استوار است8]و.[9 پوشش به دست آمده در این روش در اثر واکنش اتوکاتالیتیک و احیاء یونهای نیکل توسط عوامل احیاء کننده همچون هیپوفسفیت4، فرمالدیید5، بروهیدرید6 و آمینوبورآنها میباشد.[9] از فرآیند الکترولس نیکل با هدف ایجاد پوشش فلزی پیوسته، ضخیم و یکنواخت استفاده میگردد. چنین پوششی تنها میتواند روی تعدادی از فلزات و مواد که از نظر کاتالیتیکی فعال هستند تشکیل گردد. اصطلاحاٌ به این روش» رسوب خودکاتالیتیکی« گفته میشود.[8]
پس از آنکه در سال 1946 میلادی محققینی به نامهای ریدل و برنر حمامهای الکترولس امروزی را پایهگذاری کردند فکر بهبود خواص پوششهای الکترولس نیکل مورد توجه قرار گرفت که دو ایده مطرح گردید. اول تغییر درترکیب شیمیایی پوشش الکترولس Ni-P از طریق وارد کردن عنصر سوم یا بیشتر و به صورت محلول در حمام الکترولس و دوم وارد کردن ذرات جامد در پوشش که باعث تشکیل پوشش کامپوزیتی میشود.
در روش اول عناصری که مورد استفاده قرار میگیرند معمولاٌ B، W، Mo، Cr، Fe، Cu میباشند. ولی واکنشها در حمام الکترولس با سه یا بیشتر از سه عنصر بسیار پیچیده است و در حقیقت کنترل حمامهای الکترولس چند عنصری بسیار مشکل است.[10] در روش دوم کنترل حمام به مراتب سادهتر بوده و به راحتی خواص مورد نظر حاصل میشود. به عنوان مثال با وارد کردن %13 مولیبدن در پوشش Ni-P-Mo از طریق محلول، سختی پوشش نسبت به Ni-P در حالت عملیات حرارتی شده 450 ویکرز افزایش مییابد.[10] اولین گزارش در مورد رسوب همزمان ذرات جامد در زمینههای فلزی از طریق فرآیندهای الکتروشیمیایی در سال 1962 ارائه شد.
پس از معرفی پوششهای کامپوزیتی و با توجه به کاربردهای علمی فراوان این پوششها و برخی از برتریهای روش الکترولس نسبت به روشهای الکتریکی موجب شد که فعالیت زیادی در جهت رسوب این کامپوزیتها، از طریق احیای شیمیایی انجام گیرد و سرانجام در سال 1966 در آلمان با موفقیت اولین پوشش کامپوزیتی ایجاد گردید[11] پوششهای الکترولس کامپوزیتی عموماٌ به منظور بهبود خواص سایشی همراه با سختی بالا و نیز خواص روانکاری به کاربرده میشوند به طوریکه استفاده از این پوششها در قطعات مختلف بستگی به مجموعه خواصی دارد که سیستم کامپوزیتی ایجاد میکند.
[12] برخی از کاربردهای پوشش الکترولس کامپوزیتی در صنایع هوایی، خودرو، نفت و گاز، نساجی و برخی از ابزارهای برش و سایندهها میباشد که از آن جمله میتوان به اتصال دهندههای الکتریکی1، برخی چرخدندهها2، شافت موتور3، سیلندر4، چرخدندههای ساینده5 و برخی دیسک-های برش6، قالبهای تزریق پلاستیک، قالبهای دایکاست آلومینیم، پمپ و والوهای مورد استفاده در صنایع صنایع نفت و گاز، خطوط لوله حامل مواد ساینده، برخی غلتکهای دمای بالا، متههای دندانپزشکی7 و غیره اشاره کرد.[13]
-2 روش تحقیق
برای پایه پوششهای کامپوزیتی Ni-P-SiC و Ni-P از آلیاژ منیزیم AZ31 که ترکیب شیمیایی آن در جدول - - 1 آورده شده است، استفاده گردید. آلیاژ منیزیم AZ31 به دلیل برخورداری از مجموع خواص مطلوب کارپذیری مناسب و شکلپذیری خیلی خوب دارای کاربردهای صنعتی وسیع میباشد. از این آلیاژ نمونههایی به شکل استوانه با قطر 30 میلیمتر و ارتفاع 4 میلیمتر به منظور بررسی خصوصیات حمام و پوشش، همچنین بررسی رفتار خوردگی و سایشی تهیه گردیده و برای عملیات پوششدهی مورد استفاده قرار گرفت.
به منظور ایجاد حمام الکترولس از محلول تجاری SLOTONIP 70A شرکت Schlotter استفاده شد. در این فرآیند نیکل به شکل نیمه براق و براق حاوی 7 تا 10 درصد وزنی فسفر رسوب مینماید. نانو پودر SiC مورد استفاده در این تحقیق از شرکت US.Nano آمریکا میباشد با اندازه متوسط 40 نانومتر و خلوص %99 میباشند. به منظور آماده سازی نمونهها در مرحله نخست نمونهها در محیط اتانول به مدت 5 دقیقه تحت شستشوی آلتراسونیک قرارگرفتند.
