تشكيل و بررسي اثر درصد CNT بر رفتار خوردگي پوشش الكترولس
كامپوزيتي Ni-P-CNT

مصطفي عليشاهي*1، محمدحسين بينا2، سيدمحمود منيرواقفي3
دانشجوي دكتري، دانشكده مهندسي معدن و متالورژي، دانشگاه صنعتي اميركبير، تهران، ايران
دانشجوي دكتري، دانشكده مواد پيشرفته و انرژيهاي نو، سازمان پژوهش هاي علمي و صنعتي، تهران، ايران
دانشيار، دانشكده مهندسي مواد، دانشگاه صنعتي اصفهان، اصفهان، ايران
* alishahi.mostafa@gmail.com
(تاريخ دريافت: 7/06/91، تاريخ پذيرش: 02/10/91)

چكيده
در اين پژوهش پوشش كامپوزيتي Ni-P-CNT حاوي درصدهاي مختلف CNT با اسـتفاده از روش الكتـرولس بـر روي زمينـه مسـيرسوب داده شد و اثر غلظت نانولوله ها در حمام بر روي درصد مشاركت آن ها در پوشش و رفتار خوردگي پوشش ها مـورد بررسـيقرار گرفت. مشخصه يابي پوشش ها به كمك ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) و طيف نگاري تفكيك انرژي (EDS) صـورتپذيرفت. نتايج SEM، رسوب پوششي يكنواخت با ساختاري گل كلمي شكل بـه ضـخامتμm 30 را نشـان داد نـد . رفتـار خـوردگيپوشش ها در محيط 5/3 درصدوزني كلريدسديم با استفاده از آزمون پلاريزاسيون تافل و روش طيف نگاري امپدانس الكتروشـيميايي(EIS) مورد ارزيابي قرار گرفت. نتايج آزمون نشان دادند مشاركت نانولوله ها در پوشش، سبب اصلاح فيلم پسيو مي شـود و افـزايشغلظت نانولوله ها در حمام آبكاري در اب تدا سبب كاهش و سپس افزايش نرخ خوردگي مي شود. هـم چنـين نتـايج آزمـونEIS نشـاندادند پوشش هاي كامپوزيتي امپدانس بالاتري نسبت به پوشش الكترولس نيكل- فسفر دارند ومقاومت انتقال بـار بـا افـزايش غلظـتنانولوله ها در حمام آبكاري در ابتدا افزايش و سپس كاهش مي يابد كه آن را مي توان به نقش نانولولـه هـا در افـزايش مقاومـت يـونيفيلم پسيو نسبت داد.

واژه هايكليدي:
پوشش الكترولس، پوشش كامپوزيتي، نانولوله كربني، مقاومت خوردگي، پسيو شدن.

1- مقدمه
خ وردگي و س ايش از عم ده ت رين دلاي ل تخري ب در ص نعتهستند. در اين تخريب ها از بين رفتن حجـم بسـيار كمـي از كـلسازه (كمتر از يك درصد) منجر به غيرقابـل اسـتفاده شـدن و درنهايــت تعــويض كــل ســازه مــيشــود. در بســياري از مــوارد مح دوديت ه اي اقتص ادي و در برخ ي م وارد مح دوديت ه اي شكل دهي امكان استفاده از مواد مستحكم تر در ساخت سازه ها را نمـي دهـد . در ايـن مـوارد، يكـي از راه كارهـاي مقابلـه بـا اثـراتمخرب خوردگي و سـايش ، اسـتفاده از پوشـش هـاي الكتـرولساست [1]. روش پوشش دهي الكتـرولس بـه طـور گسـترده بـرايپوشش هاي كامپـوزيتي پايه نيكل به كار بـرده مـي شـود . در ايـنروش رسوب فلز به وسيله احياء يون هاي فلزي موجـود در حمـامتوسط عامل احياء كننده و بـدون اعمـال جريـان خـارجي انجـاممي شود. اين پوشش به دليل فرايند ساخت و تركيـب منحصـر بـهف رد، داراي ض خامتي يكنواخ ت و خواص ي نظي ر مقاوم ت ب هخوردگي بالا، مقاومت سايشـي عـالي و خـواص غيـر مغناطيسـياست [2-3].
پوشش هاي تجاري الكترولس كامپوزيتي به وسيله افزودن ذرات ميكرومتري از قبيل MnS2 ،PTFE ،BN ،Si3Ni4 ،SiC، گرافيت و الماس به حمـام الكتـرولس تهيـه مـي گردنـد . امـا بـا توســعه وپيشرفت علم و تكنولوژي، پوشش هاي كامپـوزيتي ميكرومتــرينمـي تواننـد نيـاز كاربردهايشـان را بـرآورده سـازند. بـراي هم ين پوشش هاي الكترولس كامپــوزيتي بـا ذرات نانومتــري بـه دليـلكارايي بالا از اهميت ويژهاي برخوردارند [1، 4-9].
م دل ه اي مختلف ي جه ت توجي ه مقاوم ت خ ـوردگي ب الايپوشش هاي الكتـرولس ارائـه شـده اسـت. در اكثـر ايـن مـدل هـاتشكيل فيلم غني از فسفر در فصل مشـترك پوشـش/الكتروليـتدر اثر انحلال انتخابي نيكل در برابر فسفر بـه عنـوان اصـلي تـرينمكانيزم مقاومت خوردگي اين پوشش بيان شده اسـت [10-13].
اين فيلم مي تواند به عنوان سـدي در برابـر انحـلال پوشـش عمـلكند [10، 12] و يا با جذب يون هاي هيپوفسفيت، لايه اي محـافظايجاد كند كه از انحلال اتم هاي نيكل در سطح ممانعت مي كنـد .
از مكانيزم آخر تحت عنوان پسيو شدن شيميايي نام برده مي شـود[11-12]. ب ر طب ق مطالع ات دي ايگ ل1 و همك اران [11]، پس يو شدن آلياژ نيكل- فسفر به علت غني شدن سـطح از فسـفر در اثـرانحلال ترجيحي نيكل است. آن ها بيان كردند سطح غني از فسفر با آب واكنش داده و لايه اي از آنيون هاي هيپوفسفيت (¯2H2PO) تشكيل مي دهد. سپس پسيو شدن شيميايي مسـير رسـيدن آب بـهسطح الكتـرود را مسـدود مـي كنـد و در نتيجـه از هيدراتـه شـدناتم هاي نيكل جلوگيري مي كند. هيدراتـه شـدن نيكـل بـه عنـواناولين مرحله تشكيل گونه حل شونده +Ni و يا فيلم پسيو نيكل در نظر گرفته مي شود [11-13].
خواص منحصر به فرد نانولوله هاي كربني نظير استحكام و سختي بالا، مدول يانگ بسيار بـالا پايـداري شـيميايي عـالي و خاصـيتخودروانكاري و همچنين طبيعت كربني نانولولـه هـا (وزن پـايين، پايداري بالا، قابليت توليد ارزان) كاربرد اين مـاده را در بسـيارياز زمينه ها نظير كامپوزيـت هـاي بـا اسـتحكام بـالا، دسـتگاه هـايذخيـره و تبـديل انـرژي، سنس ورها، مانيتورهـاي گسـيل مي داني ، تجهيزات ذخيره سازي انرژي، نيمه رساناها، پويشگرها توسعه داده است [14-17].
اثر حضور نانولوله هاي كربني در پوشش هاي كامپوزيتي بـر رويسـ ختي [14، 17]، مقاومـ ت خـ وردگي [8، 18-19]، خـ واص مكانيكي و رفتار سايشي [16-17] آن ها مطالعه شده است. با ايـنوجود گزارشات اندكي در ارتباط با رفتار خوردگي پوشش هـايكامپوزيتي حاوي CNT منتشر شده است. ايـن گـزارش هـا نشـانمي دهند حضور نانولوله هاي كربني در پسـيو شـدن پوشـش هـايكامپوزيتي نقش موثر داشـته و سـبب بهبـود مقاومـت خـوردگيآن ها مـي شـود [8، 14]. در پـژوهش حاضـر پوشـش الكتـرولسكامپوزيتي Ni-P-CNT حاوي مقادير مختلف CNT ساخته شـدهو نق ش نانولول ه ه اي كربن ي در پس يو ش دن و رفت ار خ وردگي پوشش ها بررسي شده است.

2- مواد و روش تحقيق
در اين پژوهش از CNT تهيه شـده بـه روش رسـوب كاتـاليتيكيشيميايي بخار2 استفاده شد. به منظور جلوگيري از آگلومره شـدننانولوله هاي كربني در محلول، عمليات اسيدي به صورت زير بـرروي آنها انجام شد:
در ابتدا جهت حذف ناخالصي هاي فلزي، نانولوله هاي كربنـي بـهمدت 1 ساعت در اسيد نيتريك غليظ غوطــه ور شـدند و پـس ازآن به مـدت 2 ســاعت در مخلـوط غلـيظ 4HNO3-H2SO (3:1) تحت عمليات آلتراسونيك قرار گرفتنـد . در مرحلـه بعـد، مقـداركمـي اس يد كلري دريك غل يظ ب ه مخل وط ف وق اض افه ش د ت ا گروه هاي عاملي كربوكسيل در انتهاي نانولوله ها تشكيل شود. در

نهايت نانولوله ها با آب دي يونيزه شسته شـدند تـاpH بـه مقـاديرخنثي برسد. پس از انجام عمليـات اسـيدي، نانولولـه هـاي كربنـيمي توانند به آساني و بـه صـورت همگـن در حمـام پوشـش دهـيغوطه ور شوند [20]. از ورق مسي نـورد شـده بـه عنـوان زيرلايـهاستفاده شد. نمونه ها به صـورت مكـانيكي توسـط كاغـذ سـمبادهSiC تا درجه 600 سنباده خورده و سپس جهت چربـي زدايـي بـهم دت 10 دقيق ه در اسـتون تح ت عملي ات آلتراس ونيك ق رارگرفتند. پـس از آن جهـت حـذف فـيلم هـ اي اكسـيدي سـطحي،نمونه ها 10 دقيقه در NaOH%10 قرار گرفته و بـا آب دي يـونيزهشسته شدند. به منظور فعال سـازي سـطحي، نمونـه هـا 60 ثانيـه در 4H2SO%5 غوط هور ش ده و پ س از شستش و وارد حم ام ش دند.
حمام تجاري SH490L5 الكتـرولسNi-P (اشـلوتر، آلمـان) بـهكار گرفتـه شد. شرايط پوشش دهي، در جـدول (1) آورده شـدهاست.
جدول (1): شرايط حمام آبكاري كامپوزيتي
85-87 دما (C°)
4/6 – 4/9 pH
850 سرعت هم زدن با مگنت (rpm)
200-300 (ميلي گرم بر ليتر) Surfactant (cetyl-trimethylamine bromide)
5/0، 1، 5/1، 2 و 5/2 غلظت CNT (گرم بر ليتر)

با توجه به ماهيت فعاليـت كاتـاليتيكي غيرذاتـي مـس، در ابتـدايپوشش دهي يك سيم نيكلي به مدت 60 ثانيه به نمونـه هـا متصـلشد تا جوانه هاي اوليه نيكل بـر روي مـس رسـوب كنـد. پـس ازرس وب ي ك لاي ه مي اني پوش ش نيك ل- فس فر ب ه ض خامت 5 ميكرومتر، پوشش كامپوزيتي به ضخامت 25 ميكرومتـر بـر روياين لايه مياني رسوب داده شد. نمونه ها پـس از خـروج از حمـامآبكاري با آب دييونيزه تحت عمليات آلتراسونيك شسـته شـدهو در نهايت خشك شدند.
از ميكروس كوپ الكترون ي روبش ي م دلPhilips X30 ب راي مطالعه مورفولوژي پـوشش و از آناليز EDS جهت تعيين تركيب شيميايي پوشـش هـا اسـتفاده شـد. مطالعـات مربـوط بـه مقاومـتخــوردگي پوشـ ش هــا توسـ ط آزمــون پلاريزاسـ يون تافـ ل وطي ف س نجي امپ دانس الكتروش يميايي در محل ـولNaCl %5/3 توسط دستگاه PARSTAT 2273 انجام گرفت. نمونه ها با سطح 2cm8/0 در تم اس ب ا الكترولي ت ق رار گرفتن د. ي ك الكت رود پلاتيني به عنوان الكترود شاهد و الكترود كالومـل اشـباع (SCE) به عنوان الكتـرود مرجـع بـه كارگرفتـه شـد. بـا اسـتفاده از روشبرون يـابي تافـل پتانسـيل و نـرخ خـوردگي از منحنـي هـاي تافـلاستخراج شد.

نتايج و بحث
3-1- مشخصه يابي پوشش ها
در ابتداي پوشـش دهـي، سـيم نيكلـي الكتـرون مـورد نيـاز بـراياحياي اولين جوانه هاي نيكل برروي سطح مس را فراهم ميكنـدو يك لايه اي نازك از پوشش روي سـطح مـس سـريعاً رسـوبمي كند [2]. در ادامه پوشش بـه صـورت اتوكاتـاليتيكي3 و بـدوننياز به جريان خارجي رسوب كرده و ذرات CNT معلق در حمام درون پوشــش محبــوس مــي گردنــد . شــكل (1) تصـ ويري از مورفولوژي سطح و مقطع عرضي پوشش Ni-P-CNT حاصـل از
حمام حـاوي 2 گـرم بـر ليتـر نانولولـه كربنـي را نشـان مـي دهـد .
همانطور كه در شكل (1-الف و ب) مشاهده مـي شـود ، پوششـيبــه ضــخامت 30 ميكرومتــر بــه طــور پيوســته و يكنواخــت بــاچسبندگي مناسب بر روي سطح زيرلايه شـكل گرفتـه اسـت. در روش پوشش دهي الكتـرولس از آنجـا كـه از جريـان الكتريكـياستفاده نمي شود، نقاط تمركز جريان الكتريكـي در سـطح قطعـهايجاد نمي شود و بـراي همـين پوشـش كـاملاً يكنواخـت بـوده واثرات لبه در آن مشاهده نمي شـود (شـكل 1- ب) [1]. در شـكل (1-ج) مش اهده م ـيش ود س طح پوش ش ب دون ت رك ب وده ومورفولــوژي گــل كلمــي شــكل دارد كــه ايــن مورفولــوژي ازويژگي هاي پوشش الكترولس نيكل- فسفر اسـت [2]. در شـكل(1- د) تصوير SEM از سـطح خـورده شـده پوشـش كـامپوزيتيNi-P-CNT نشان داده شده است.

به منظور رويت نانولوله ها، سطح پوشش در محلولي متشـكل ازاسيد سولفوريك (1 مـولار ) و اسـيد نيتريـك (1 مـولار ) دچـارخوردگي شده است. همانطور كه ديده مي شود نانولوله ها توزيع بسيار همگني در زمينه دارند و با توجه به رسـوب پوشـشNi-P بر روي جداره خارجي نانولوله ها، قطر نانولوله هاي محبوس شده در پوشش از قطر نانولولـه هـاي اوليـه بيشـتر اسـت. بـا توجـه بـهاين كه CNT از كربن تشكيل شده است، مي توان درصـدCNT در پوشش كامپوزيتي را بـا درصـد جـزء كـربن در آنـاليزEDS مع ادل دانس ت. ش كل (2) مي زان مش اركت CNT در پوش ش كامپوزيتي را به صورت تابعي از غلظـتCNT در حمـام نشـانمي دهد.

شكل (2): مشاركت CNT در پوشش كامپوزيتي به صورت نمونه تابعي از غلظت CNT در حمام

شكل (1): تصوير SEM و ميكروسكوپ نوري پوشش كامپوزيتي Ni-P-CNT : (الف و ب) مقطع عرضي، (ج) سطح و (د) سطح خورده شده

پلاريزاسيون تافل پوشش ها نشان داده شده است.
حض ور ب يش از ح د نانولول ه ه ا منج ر ب ه اخ تلال در واك نش اتوكاتاليتيكي شده و رسوب پذيري را كاهش مي دهد. سـوم، در
شكل (3): نمودارهاي پلاريزاسيون تافل پوشش هاي Ni-P و Ni-P-CNT

با استفاده از روش برون يابي تافل پتانسيل و نرخ خوردگي براي هر پوشش محاسبه و در جدول (2) ارائه شده است. رفتار خوردگي پوشش هـاي الكتـرولسNi-P و Ni-P-CNT بـااستفاده از روش پلاريزاسيون پتانسـيوديناميك ارزيـابي شـد. در شكل (3) اثر غلظـتCNT در حمـام آبكـاري بـر روي منحنـي

107445-5179

غلظت هاي بسيار بـالاي نانولولـه هـا احتمـال جـذبCNT روي سطح نمونه افزايش مي يابد، و در نتيجه برخي نقاط فعال سطحي با پوشيده شـدن سـطح توسـط نانولولـه هـا غيرفعـال مـي شـوند و درصد مشاركت CNT در پوشش كاهش مي يابد. رفتاري مشابه در برخي از سيستم هاي آبكاري الكترولس كـامپوزيتي مشـاهدهشده است [1، 21، 24].
3-2- آزمون هاي خوردگي
آزمون پلاريزاسيون تافل

جدول (2): پارامترهاي محاسبه شده از نمودارهاي تافل و امپدانس براي پوشش هاي حاصل از حمامهاي آبكاري با غلظت هاي مختلف CNT.
ndl CPEdl
(µf.s1-n.cm-2) Rct(kΩ.cm2) Rs(Ω.cm2) icorr
(µA/cm2) ECorr (mV) غلظت CNT در
(gr/lit) حمام
0/75 51/15 23/115 130/9 0/64 -430 0
0/87 22/166 24/325 106/4 0/47 -397 0/5
0/86 21/7 31/006 112/3 0/37 -383 1
0/90 16/597 49/944 146/3 0/18 -340 1/5
0/87 30/254 45/11 138/2 0/29 -297 2
0/79 32/386 30/488 163/2 0/39 -386 2/5
همان طور كه ديده مي شود درصد مشاركت CNT در پوشش با افزايش غلظت CNT در حمام افزايش يافته و به حـداكثر ميـزانخود (6/4 درصد وزني) درغلظت gr/lit 2 مي رسد و پس از آن ب ا اف زايش بيش تر غلظ ت ك اهش م ي ياب د. غلظ ت gr/lit 2 را مي توان غلظت اشباع حمام ناميد. درغلظت هاي كمتر از غلظـتاشباع، افزايش غلظت CNT در حمـام بـا افـزايش فلاكـس ايـنذرات در اط راف س طح ، اف زايش برخ ورد ه اي فيزيك ي ب ين نانولوله ها و سطح نمونه را به همراه مي آورد كه اين امر احتمـالب ه دام افت ادن اي ن ذرات در قف ل ه اي مك انيكي س طح پاي ه و پوشش را افزايش مي دهد و در نتيجه ميزان مشـاركتCNT در پوشش كامپوزيتي افزايش مـي يابـد [1، 21]. كـاه ش مشـاركتCNT در پوشش كامپوزيتي در غلظت بيشتر از غلظت اشـباع رامي توان احتمالاً با چنـد دليـل توجيـه كـرد. اول، CNT مـاده اي تك بعدي با دانسيته بسيار پايين است و به دليل نيروهاي وان در وال س ق وي تماي ل زي ادي ب ه آگل ومره ش دن در محل ول دارد [15، 22]، در نتيجه در غلظت هاي بسيار بالا، گروه هـاي بـه هـمچسبيده نانولوله ها پيش از فرايند آبكاري به سـمت كـف حمـامحركت مـي كننـد و سـبب كـاهش غلظـت مـوثر نانولولـه هـا دراطراف نمونه مـي شـوند . دوم، حمـام هـاي الكتـرولس نسـبت بـهحضور ذرات ناخواسته بسيار حساس هسـتند [23]، بـراي همـين همان طور كه در جدول (2) مشاهده مي شـود بـا افـزايش غلظـتنانولوله ها در حمام، پتانسيل خوردگي در ابتـدا افـزايش و سـپسكاهش مي يابد. اين رفتار را مي توان به تغيير در درصد مشـاركتنانولوله ها در پوشش نسـبت داد . بـه علـت پتانسـيل اضـافي پـاييناحي اي هي دروژن بـر رويCNT [25-26]، ب ا افـزايش درص دمش اركت CNT در پوشــش، نــرخ واك نش در شــاخه كاتــدي(احتمالاً واكنش احيـاي هيـدروژن) افـزايش مـي يابـد و پتانسـيلخوردگي به سمت مقادير نجيـب تـر جابجـا مـي شـود . هـم چنـينمشاهده مي شود با افزايش غلظت نانولولـه هـا در حمـام آبكـاري، دانسيته جريان خوردگي در ابتدا كاهش و سپس افزايش مي يابد.
به نظر مي رسد بهبود مقاومـت خـوردگي پوشـش كـامپوزيتي بـاافزايش غلظت نانولوله ها در حمام تا 5/1 گرم بر ليتـر بـا افـزايشدرصد مشاركت نانولوله ها در پوشـش در ارتبـاط اسـت . حضـورمقادير بيشتر نانولوله در پوشـش ، نـرخ آزادشـدن هيـدروژن و درنتيجه نرخ انحـلال آنـدي پوشـش را افـزايش مـي دهـد . افـزايشانحلال پوشـش نيكـل فسـفر سـبب افـزايش خـوردگي تـدريجينيكل شده و تشكيل فـيلم پسـيو غنـي ازفسـفر در فصـل مشـتركپوشش/محيط خورنده را سرعت مـي بخشـد و بـدين وسـيله نـرخخ وردگي را ك اهش م يده د. از س وي ديگ ر اف زايش مي زان نانولوله هاي كربني در پوشش سبب مي شود كه سهم نانولولـه درسطحي از پوشش كه در تماس با محيط خورنده است افزايش، و سهم پوشش الكتـرولس در ايـن سـطح كـاهش پيـدا كنـد. بـرايهمين با توجه به اينكـه مقاومـت خـوردگي و پايـداري شـيميايينانولوله ها بسيار بيشتر از پوشش الكتـرولس نيكـل- فسـفر اسـت، مقاومت خوردگي افزايش مييابد [19].
ولي با توجه به جدول (2) مشاهده مي شود كـه بـا افـزايش بيشـترغلظت نانولولهها در حمـام آبكـاري بـه 2 و 5/2 گـرم بـر ليتـر بـاوجود افزايش مشاركت نانولوله ها در پوشش، مقاومت خوردگي پوشش كاهش يافته است. اين رفتار را بـا دو دليـل توجيـه كـرد. اول، غلظت هاي بيش از حـد نانولولـه كربنـي در حمـام آبكـاري موجب اختلال در واكنش هاي اتوكاتاليتيكي مي شـوند و دانسـيتهعيوب در پوشش كـامپوزيتي راافـزايش مـيدهنـد . از آن جـا كـهعيوب به عنوان مراكز پرانرژي شناخته مي شوند به راحتي خورده مي شوند و مستعد براي جوانـهزنـي حفـرات هسـتند. بـراي همـين افزايش دانسيته آن ها سبب كاهش مقاومت خـوردگي مـي شـود .
دوم، مشاركت بيش از حد نانولوله هـا در پوشـش سـبب افـزايشتنش داخلي در پوشش شده و نرخ خوردگي را افزايش ميدهد.
آزمون EIS
داده هاي آزمون EIS انجام شده بر روي نمونه هـاي پوشـش هـايNi-P و Ni-P-CNT حاصل از حمام هاي آبكاري با غلظـت هـايمختلـ ف CNT در محلـ ول 5/3 درصـ دوزني كلريدسـ ديم در پتانسيل مدار باز آن ها در قالب منحني هاي نايكوئست شـكل (4) نشان داده شده است. انحراف امپـدانس از رفتـار خـازني خـالصمي تواند بهوسيله غيريكنواختي در سيستم پوشش و غيريكنواختي نفوذ توضيح داده شود. با استفاده از اين مدار و نرم افـزارZview طيف ها شبيه سازي شده و داده هاي حاصل در جـدول (2) آورده شدند. منحني هاي نايكوئست وجود يك ثابـت زمـاني را در تمـام نمونه ها نشان مي دهد، كه به صورت يك نـيم دايـره اسـت. بـراي درك بهتر رفتار خـوردگي ، مـدار معـادل طيـف هـاي حاصـل ازآزمون در شكل (5) نشان داده شده است.

شكل (4): منحني هاي نايكوئست پوشش هاي Ni-P و Ni-P-CNT

شكل (5): مدارمعادل استفاده شده براي شبيه سازي طيف هاي EIS.

در اي ن م دار Rs بي ان گ ر مقاوم ت جب ران ناپ ذير محل ول و Rct بيان گر مقاومت انتقال بار است كه با مقاومـت خـوردگي ارتبـاطمستقيم دارد. همچنين در ايـن مـدار از يـك عنصـر فـازي ثابـت(CPE) ب ـه ج اي خ ـازن اي دهآل اس تفاده ش د. CPE داراي دو مشخصه CPEdl و ndl است كه به ترتيب بيانگر ظرفيت خازني و ميزان انحراف امپدانس از رفتار خارني خالص هستند كـه توسـطغير يكنواختي نفوذ و غير يكنواختي در سيستم پوشش شرح داده ميشوند.
همان طور كه در جدول (2) مشاهده مي شـود بـا افـزايش غلظـتCNT در حمام آبكاري، مقادير مقاومت انتقال بار و ndl در ابتـداافزايش و سپس كاهش پيدا مي كنند در حالي كه مقـاديرCPEdl (مع ادل ب ا ظرفي ت خ ازن در حال ت) رون د معكوس ي را دنب ال مي كنند. اين نتايج مشابه با نتايج آزمـون پلاريزاسـيون تافـل بيـانمي كنند كه با افزايش غلظت نانولوله ها در حمام آبكـاري تـا 5/1 گرم بر ليتر، مقاومت خوردگي به بيشـترين حـد خـود مـي رسـد .
افزايش غلظت نانولولـه هـا در حمـام تـا 5/1 گـرم بـر ليتـر سـبب
افزايش درصد مشاركت نانولوله ها و تسهيل پسيو شـدن شـيميايي و به همين دليل ضـخامت و سـرعت تشـكيل لايـه غنـي از فسـفرافزايش و در نتيجه هدايت يوني آن كاهش مييابـد . بـا توجـه بـهاينكه در طول فرايندخوردگي، انتقال بار بايد از طريـق ايـن لايـهانجام شود افزايش مقاومت آن سبب افزايش مقاومت خـوردگيپوشش مي شود. از سوي ديگر، با توجه به اينكه انـدازه عيـوب ازقبيل ترك ها و ميكرو حفرات در روي سطح پوشش ها در مقياس زيرميكروني هستند، نانولوله ها به آساني مي توانند ضـمن تقويـتزمينه، شيار ها و ميكرو حفـرات موجـود در پوشـش را پركننـد وب دين وس يله ريزس اختار لاي ه نيك ل را اص لاح ك رده و دانس يته عيوب در پوشش را كاهش دهند [14، 18].بـراي همـين افـزايشدرص د مش اركت نانول هه ا س بب تش كيل پوشش ي همگ ن ت ر و فشرده تر شده و كـاهشCPEdl را دركنـار افـزايشndl بـه همـراهمـ ي آورد. در بسـ ياري از مراجـ ع CPEdl و ndl بـ ه تخلخـ ل و ن اهمگني ه اي س طح نس بت داده م ي ش وند [8، 27-29]. ول ي هم ان ط ور ك ه در ب الا ذك ر ش د ب ا اف زايش بيش تر در غلظ ت نانولوله ها در حمام، دانسيته تخلخل و عيوب پوشـش كـامپوزيتي
افزايش و در نتيجـهCPEdl افـزايش وndl كـاهش مـي يابـد . ايـننتايج نشان مي دهند كه نانولوله هاي كربني نقشي كليدي در پسيو شدن و اصلاح ساختار پوشش كامپوزيتي Ni-P-CNT دارد.

4- نتيجه گيري
پوششهاي الكترولس كامپوزيتي نيكل- فسفر- نانولولـه كربنـيبا استفاده از يك حمام الكترولس نيكل- فسفر حاوي غلظت هاي مختلف نانولوله كربني بـا موفقيـت بـر روي زمينـه مسـي رسـوبداده شدند و نتايج زير بدست آمد:
افزايش غلظت نانولوله هاي كربني در حمام آبكـاري در ابتـداسبب افزايش درصد مشاركت نانولوله هـا در پوشـش مـي شـود وپس از آن افزايش بيشتر غلظـت نانولولـه هـا در حمـام بـا كـاهشدرصد مشاركت همراه است.
اف زايش مش اركت نانولول ه ه ا در پوش ش ك امپوزيتي س بب جابجايي پتانسيل خوردگي به سمت مقادير نجيب تر مي شود.

اف زايش غلظ ت CNT در حم ام اث ر دوگان ه ب ر روي رفت ار خوردگي دارد از طرفي با افـزايش مشـاركتCNT در پوشـش،سبب بهبود مقاومت خوردگي شده و از طرف ديگـر بـا افـزايشعيـوب پوشـش، سـبب كـاهش مقاومـت خـوردگي م ي ش ود. برهمكنش اين اثرات مثبت و منفي در غلظت 5/1 گـرم بـر ليتـر، بهترين مقاومت خوردگي را به همراه دارد. 4- افزايش مقاومت خوردگي پوشش الكترولس نيكـل فسـفر درحضور نانولوله هاي كربني با نقش نانولوله ها در تسريع پسيو شدن و اصلاح ساختار فيلم پسيو در ارتباط است.

5- مراجع
M. Ebrahimian, K. Azari, S.M. Monirvaghefi, “Electroless Ni–P–B4C Composite Coatings”, Wear Vol. 260, pp. 123127, 2006.

W. Riedel, Electroless Nickel Plating, ASM International, Ohio, 1991.

G.O. Mallory and J.B. Hajdu, Electroless PlatingFundamentals and Applications, Reprint ed. AESF, New York, 2002.

Y.L. Shi, Z. Yang, H. Xu, M.K. Li, H.L. Li,“ preparation of Electroplated Ni-P-Ultrafine Diamond, Ni-P-Carbon Nanotubes Composite Coatings and Their Corrosion Properties”, Journal of Materials Science, Vol.39, pp.
5809-5815, 2004.

I.R. Mafi, C. Dehghanian, “Comparison of the Coating Properties and Corrosion Rates in Electroless Ni–P/PTFE Composites Prepared by Different Types of Surfactants”, Applied Surface Science, Vol.257, pp. 8653–8658, 2011.

S. Ranganatha, T.V. Venkatesha, K. Vathsala, “Development of Electroless Ni–Zn–P/nano-TiO2 Composite Coatings and Their Properties”, Applied Surface Science, Vol. 256, pp. 7377–7383,2010.

D. Dong, X.H. Chen, W.T. Xiao, G.B. Yang, P.Y. Zhang, “Preparation Andproperties of Electroless Ni-P-SiO2 Composite Coatings”, Applied Surface Science, Vol.255, pp. 7051–7055, 2009.

M. Alishahi, S.M. Monirvaghefi, A. Saatchi, S.M. Hosseini, The Effect of Carbon Nanotubes on the
Corrosion and Tribological Behavior of Electroless Ni-PCNT Composite Coating, Applied Surface Science, Vol.
258, pp. 2439-2446, 2012.

S. Alirezaei, S.M. Monirvaghefi, M. Salehi, A. Saatchi, “Wear Behavior of Ni-P and Ni-P-Al2O3 Electroless Coatings”, Wear, Vol. 262, pp. 978-985, 2007.

G. Salvago, G. Fumagali, F. Brunella, “Corrosion
Behaviour of Electroless Ni-P Coatings in ChlorideContaining Environments”, Surface and Coatings Technology, Vol. 37, pp. 449-460, 1989.
R.B. Diegle, N.R. Sorensen, C.R. Clayton, M.A. Helfand, Y.C. Yu, “An XPS Investigation into the Passivity of an Amorphous Ni-20P Alloy”, Journal of The
Electrochemical Society, Vol. 135, pp. 1085-1092, 1988.

B. Elsener, M. Crobu, M.A. Scorciapino, A. Rossi, “Electroless Deposited Ni–P alloys: Corrosion Resistance Mechanism”, Journal of Applied Electrochemistry, Vol.
38, pp. 1053-1060, 2008.

T.S.N. Sankara Narayanan, I. Baskaran, K. Krishnaveni, S. Parthiban, “Deposition of Electroless Ni-P graded Coatings and Evaluation of Their Corrosion Resistance”, Surface and Coatings Technology, Vol. 200, pp. 34383445, 2006.

Z. Yang, H. Xu, M.K. Li, Y.L. Shi, Y. Huang, H.L. Li, “Preparation and Properties of Ni/P/Single-Walled Carbon Nanotubes Composite Coatings by Means of Electroless plating”, Thin Solid Films, Vol. 466, pp. 86-91, 2004.

M.M. Shokrieh, R. Rafiee, “A Review of The Mechanical Properties of Isolated Carbon Nanotubes and Carbon Nanotube Composite”, Mechanics of Composite Materials, Vol. 46(2), pp. 155-172, 2010.

X.H. Chen, J.C. Peng, X.Q. Li, F.M. Deng, J.X. Wang,
W.Z. Li, “Tribological Behaviourof Carbon NanotubesReinforced Nickel Matrix Composite Coatings”, Journal of Materials Science Letters,Vol. 20,pp. 2057-2060, 2001.

W.X. Chen, J.P. Tu, L.Y. Wang, H.Y. Gan, Z.D. Xu, X.B. Zhang, “Tribological Application of Carbon Nanotubes in a Metal-Based Composite Coating and Composites”, Carbon Vol. 41, pp. 215–222, 2003.

X.H. Chen, C.S. Chen, H.N. Xiao, F.Q. Cheng, G. Zhang, G.J. Yi, “Corrosion Behavior of Carbon Nanotubes–Ni Composite Coating”, Surface and Coatings Technology, Vol. 191, pp. 351-356, 2005.

A. Zarebidaki, S.R. Allahkaram, Effect of Surfactant on the Fabrication and Characterization of Ni-P-CNT Composite Coating, Journal of Alloys and
Compounds,Vol. 509,pp. 1836-1840, 2011.

Q. Chen, C. Saltiel, S. Manickavasagam, L.S. Schadler, R.W. Siegel, H. Yang, “Aggregation behaviourof singlewalled Carbon Nanotubes in Dilute Aqueous Suspension”, Journal of Colloid and Interface Science, Vol. 280,pp. 9197, 2004.

Balaraju, J.N., Sankara, T.S.N., Seshadri, “Synthesis and Corrosion Behavior of Electroless Ni-P-Si3N4 Composite Coatings”, Journal of Materials Science Letters, Vol. 17, pp. 1297-1299, 1998.

Chen, C.S., Chen, X.H., ZhiYang, Li, W.H., Xu, L.S., Yi, B., “Effect of Multi-Walled Carbon Nanotubes as Reinforced Fibres on Tribological Behaviour of Ni-P Electroless Coatings”, Diamond & Related Materials, Vol.
15, pp. 151-156, 2006.

Handbook, A. S. M.,Surface Engineering, Vol. 5, ASM International. Materials Park, USA (1994).

Q. Zhao, Y. Liu, “Electroless Ni-Cu-P-PTFE Composite Coatings and Their Anticorrosion Properties”, Surface and Coatings Technology, Vol. 200, pp. 2510-2514, 2005.

P.S. Fernandez, E.B. Castro, S.G. Real, M.E. Martins, “Electrochemical Behaviour of Single Walled Carbon Nanotubes – Hydrogen Storage and Hydrogen Evolution Reaction”, International Journal of Hydrogen Energy, Vol.
34, pp. 8115-8126, 2009.

P.P. Prosini, A. Pozio, S. Botti, R. Ciardi, “Electrochemical Studies of Hydrogen Evolution, Storage and Oxidation on Carbon Nanotube Electrodes”, Journal of Power Sources, Vol. 118, pp. 265-269, 2003.

E.T. Van Der Koue, “EIS as a Means of Evaluating Electroless Nickel Deposits”, Electrochimica Acta, Vol. 38 pp. 2093-2097, 1993.

Y.S. Huang, X.T. Zeng, X.F. Hu, F.M. Liu, “Corrosion Resistance Properties of Electroless Nickel Composite Coatings”, Electrochimica Acta, Vol. 49, pp. 4313-4319, 2004.

Barsoukov, Evgenij, and J. Ross Macdonald, eds. Impedance Spectroscopy: Theory, Experiment, and
Applications, p. 494, Wiley-Interscience, 2005.
6- پي نوشت
Diegle
Catalytic Chemical Vapor Deposition (CCVD)
Auto-Catalytic



قیمت: تومان


پاسخ دهید