تأثير عمليات حرارتي بر رفتار تريبولوژيكي پوشش الكترولس دولايه كامپوزيتي و نانوكريستاليNi-P/Ni-B-BN

امين بايبوردي*1، محمد حسين بينا2، كامران اميني3، سيدابوالقاسم دهقان4
– كارشناس ارشد، دانشكده مهندسي مواد، دانشگاه شيراز، شيراز، فارس، ايران
– دانشجوي دكتري، سازمان پژوهشهاي علمي و صنعتي ايران، دانشكده مواد پيشرفته و انرژيهاي نو، تهران، ايران
– استاديار، دانشكده مهندسي مواد، دانشگاه آزاد اسلامي، واحد شهر مجلسي، اصفهان، ايران
– استاديار، دانشكده مهندسي مواد، دانشگاه شيراز، شيراز، فارس، ايران
*amin.baibordi@gmail.com
(تاريخ دريافت: 05/12/1390، تاريخ پذيرش: 23/02/1391)

چكيده
در اين تحقيق به بررسي تأثير عمليات حرارتي بر سختي و مقاومت به سايش پوشش الكترولس دولايـه كـامپوزيتيNi-P/Ni-B-BN پرداخته شده است. به اين منظور، ابتدا پوشش الكترولس نيكل– فسفر با ضخامت 15 ميكرون و سپس پوشش الكتـرولسNi-B-BN با ضخامت 10 ميكرون بر روي سطح نمونه هايي از جنس فولاد Ck45 اعمال شد. نقش لايه الكترولس نيكل- فسـفر ايجـاد شـده درپوشش دولايه توسط آزمون پلاريزاسيون تافل بررسي شد. نمونههاي پوشش داده شده تحت عمليات حرارتي به مـدت يـك سـاعتدر دماهاي 300، 400 و 500 درجه سانتيگراد قرار گرفتند. تأثير عمليات حرارتي بر مرفولوژي، تغييرات سـاختاري و رفتـار سايشـيپوششها با انجام آزمونهاي ميكروسكوپ الكتروني روبشي، تفرق اشعه ايكس و نيز آزمايش سايش پين بر روي ديسـك در دمـايمحيط مورد بررسي قرار گرفت. همچنين سختي پوشش هاي حاصل در دو حالـت پـيش و پـس از عمليـات حرارتـي توسـط دسـتگاهريزسختي سنج ويكرز اندازه گيري و اثر دماي عمليات حرارتي بر سختي پوشش ها مورد ارزيـابي قـرار گرفـت. آزمـون پلاريزاسـيونتافل نشان داد كه حضور لايه الكترولس نيكل- فسفر باعث بهبود مقاومت به خوردگي پوشش دولايـه شـده اسـت. نتـايج حاصـل ازSEM نشان داد كه مورفولوژي پوشش ايجـاد شـده بـه صـورت گـل كلمـي شـكل اسـت. آزمـون پـراش پرتـو ايكـس نشـان دهنـدهكريستاليزاسيون پوشش و رسوب فاز سخت بوريد نيكل (Ni3B) در زمينه نيكلي بود. نتايج آزمون سايش پين روي ديسـك نشـان دادكه عمليات حرارتي در دماي 400 درجه سانتي-گراد سبب كاهش ضريب اصطكاك شده است. همچنين عمليات حرارتي در دماي مذكور باعث ايجاد ساختار نانو كريستالي شده و بنابراين سختي و مقاومـت بـه سـايش پوشـش بـه دليـل تغييـر سـاختار از آمـورف بـهكريستالي و ايجاد فاز سخت Ni3B افزايش مي يابد.

واژه هاي كليدي:
پوشش الكترولس نيكل- بور، عمليات حرارتي، خوردگي، مقاومت به سايش، ضريب اصطكاك.

1- مقدمه
از ميان روشهاي مختلف ايجاد پوشش هاي فلزي روي فلزات، فرايندهاي رسوب فلز از محلول هاي آبي به خاطر سهولت عمـل،
22 فرآيندهايدر مهندسيپائيز

قابليت كنترل و مزاياي اقتصادي بسيار حائز اهميت مـي باشـد . در پوشش دهي الكترولس، از منبع جريان خـارجي اسـتفاده نشـده ورسوب نتيجه احياي يون فلـزي بـه اتـم فلـزي در حضـور عوامـلاحياكننده است. به دليل مزايايي چون ايجاد لايه يكنواخت، عدم نياز به تجهيزات الكتريكي جهت آبكاري و عـدم محـدوديت درحجم سيستم، پوشش دهي الكترولس اهميت خاص صـنعتي پيـدا
كــرده اســت [1]. امــروزه آبكــاري الكتــرولس نيكــل- فســفر كاربردهــاي متنــوعي را در صــنايع مختلــف از جملــه صــنايعالكتريكي و الكترونيـك، نفـت و گـاز و هـوا و فضـا را بـه خـوداختصاص داده است [2]. به تـازگي، حمـام آبكـاري الكتـرولسنيكل با عامل كاهنده بورهيدريد بسـيار مـورد توجـه قـرار گرفتـه
اس ت. خ واص پوش ش الكت رولس نيك ل-ب ور اغل ب مش ابه ب ه پوششهاي الكترولس نيكـل-فسفراسـت . مزيـت اصـلي پوشـشالكترولس نيكل- بور، برتري درسختي و مقاومت به سايش است [3]. حضور ذرات فاز ثانويه در اين پوششها باعث بهبود برخـياز خواص پوشش از جمله سختي و مقاومت به سـايش مـي شـود [4- 5] در ايــن بــين ذراتBN ، بــه دليــل خاصــيت روانكــاريمناسب، عدم قابليت حل شوندگي در اكثر حلالها، پايـداري دردماهاي نسبتاً بالا و ضريب اصطكاك پايين به عنوان روانكـار در مصارف تريبولوژيكي به پوشش اضافه مي گردد [4 – 7]. انجـامعمليات حرارتي در پوشـشهـاي الكتـرولس نيكـل موجـب نـانوكريستاله شدن پوشش و بوجود آمدن فازهاي سخت درآن گشته و باعث افزايش سختي و مقاومت به سـايش ايـن پوشـشهـا مـيگردد [5]. هدف از اين تحقيق ايجادپوشـش دولايـه كـامپوزيتيالكترولس Ni-P/Ni-B-BN و بررسي تاثير عمليـات حرارتـي بـر روي رفتار تريبولورژيكي پوشش ايجاد شده مي باشد.

2- مواد و روش تحقيق
نمونـه هـاي ديسـكي شـكل باضـخامت mm 5 و قطـر mm50 از جنس فولاد Ck45 تهيه و توسط ذرات سيليس با انـدازه متوسـط100 ميكرون ماسه پاشي شدند. عمليات ماسه پاشي نمونههـا قبـلازاجراي مرحله پوششدهي، به منظور افزايش چسبندگي پوشش به زيرلايه صورت گرفـت . پـس ازعمليـات ماسـه پاشـي بـرروينمون هه ا پوش ش الكت رولس دولاي ه ك امپوزيتي نيك ل- فس فر/ نيك ل- ب ور- نيتريـد ب ور داده ش د . ب ه منظـور ايجـاد پوش شالكت رولس نيك ل- فس فر ب رروي نمون ه ه ا از محل ول تج اريالكترولس SLOTONIP 70A سـاخت شـركت اشـلوتر1 آلمـاناستفاده شد. PH اين حمام برابر 6/4 و دماي پوششدهي برابر 85 درج ه س انتيگ راد در نظ ر گرفت ه ش د . جه ت ايج اد پوش ش كامپوزيتي نيكل- بور- نيتريـد بـور، ابتـدا حمـامي (جـدول (1)) شامل 5 گرم بر ليتر از پودر نيتريد بـور (BN)2 سـاخته شـده و ايـنحمام به مدت 2 ساعت داخل حمـام التراسـونيك قرارگرفـت تـااين ذرات داخـل حمـام پخـش و يكنواخـت شـوند. جـدول (2) مشخصات پودر به كار رفته در اين تحقيق را نشان مـي دهـد . pH اي ن حم ام براب ر 5/12 و دم اي پوش شده ي براب ـر 85 درج ه سانتيگراد در نظر گرفتـه شـد. پـس از يكنواخـت شـدن ذرات ،عمليات پوششدهي آغاز شد.
جدول(1): تركيب شيمياي حمام الكترولس نيكل- بور
غلظت (گرم بر ليتر) نام ماده
20 كلريد نيكل
1 بورهيدريد سديم
56 اتيلن دي آمين
40 هيدروكسيد سديم
0/01 نيتريد سرب (2+pb)

جدول(2): مشخصات پودر BN به كار رفته در اين تحقيق
BN فرمول شيميايي
هگزاگونال ساختار كريستالي
2973 °C نقطه ذوب

به منظور بررسي نقش لايـه الكتـرولس نيكـل- فسـفردر پوشـشدولايه Ni-P/Ni-B-BN مطالعـات خـوردگي روي ايـن پوشـشانج ام گرف ت و بـا پوش شه اي ت ك لاي ه Ni-B-BN و Ni-P (با ضخامت مشابه 25 ميكرون) مقايسه شد. مطالعـات مربـوط بـهمقاومت خوردگي پوشش ها توسط آزمون پلاريزاسيون تافـل در
محل ول NaCl%5/3 توس ط دس تگاه PARSTAT 2273 انج ام گرف ت. نمون ه ه ا ب ا س طح2cm1 در تم اس ب ا الكترولي ت ق رار گرفتند. الكترود پلاتين به عنوان الكترود شاهد و الكترود كالومل اشباع (SCE) به عنوان الكترود مرجع به كارگرفته شد. با استفاده از روش برون يابي تافـل پتانسـيل و دانسـيته جريـان خـوردگي ازمنحني هاي تافل استخراج شد. بـه منظـور بررسـي تـأثير عمليـاتحرارتي روي پوشش دولايه كامپوزيتي، برخي نمونههاي پوشش داده شده، تحت عمليـات حرارتـي در دماهـاي 300، 400 و 500 درجه سانتيگراد به مـدت يـك سـاعت در اتمسـفر خنثـي قـرارگرفتند. در نهايت جهت بررسي مورفولوژي سـطوح نمونـه هـا از ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) با امكانات EDS و براي تحليل فازي در سطح نمونهها نيز از دسـتگاه پـراش پرتـو ايكـس(XRD) استفاده شد. سختي نمونهها نيز در مقياس ميكرو به روش ويكرز با وزن اوليه 100 گرم اندازه گيري شد. به منظور افـزايشدقت و اعتبار نتايج آزمايش ميكروسختي، اين آزمون 5 مرتبه بـرروي نمونههاي مشابه تكرار و ميانگين نتايج مورد اسـتفاده واقـعشد. براي ارزيابي و مقايسه رفتار تريبولوژي نمونـه هـا، از ماشـينسايش پين بر روي ديسك استفاده گرديد. در همه آزمايشهـايسايش از پـين فـولادي 52100 بـا سـختي حـدودRC 65 و قطـرmm6 به عنوان ماده ساينده كمك گرفته شـد . آزمـايش سـايشدر اتمسفر هـوا تحـت سـرعت لغـزش1-m.s1/0 تحـت نيـروي 5 نيوتن و مسافت لغزش حداكثر 1000 متر انجام گرفت.

نتايج و بحث
3-1- بررسي مورفولوژي پوشش مورفولوژي پوشش الكترولس Ni-P/Ni-B-BN ايجاد شـده بـرروي زير لايه فولادي در شكل (1) آورده شده است. اين شـكلنشان ميدهد كه مورفولوژي پوشش به صورت گلكلمـي اسـتكه براي پوششهاي الكترولس نيكل- بور كـاملاً متـداول اسـت[6]. ش كل (1- ب) پوش ش Ni-B هم راه ب ا ذرات BN را نش ان ميدهد. ذرات BN توانسـته انـد بـه خـوبي در زمينـهNi-B جـايبگيرند و زمينه همچنان از پيوستگي مناسبي برخوردار است.

شكل(1): الف) تصوير گرفته شده توسط ميكروسكوپ الكتروني روبشي از سطح پوشش Ni-P/Ni-B-BN و ب) بزرگنمايي بالاتر
3-2- بررسي سطح مقطع پوشش
شكل (2) سطح مقطـع پوشـش دو لايـه كـامپوزيتي را بـه همـراهنقشه آناليز عنصري مربوط به آنها را نشان ميدهـد . همـان طـوري كه در شكل (2- الف) مشخص اسـت پوشـشNi-P/Ni-B-BN كه روي زير لايه رسـوب كـرده اسـت بسـيار يكنواخـت بـوده واتصال خوبي به زير لايه نشان مـي دهـد . ضـخامت لايـه Ni-P در پوشش دولايه تقريبا µm15 و لايه Ni-B تقريبا µm10 است.
آناليز توزيع عناصر در شكلهاي (2- ب) تا (2- و) نشان دهنـدهدولايه بودن پوشش و حضور ذرات BN در پوشـش كـامپوزيتياست..
فرآيندهايدر مهندسيپائيز
33200340

)
الف
(

)
ب
(

)

الف

(

)

ب

(

(ج)

)
د
(

)
ه
(

)

د

(

)

ه



قیمت: تومان


پاسخ دهید