Skip to main content
SUPERVISOR
Ali Shafyei
علی شفیعی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mohammad Hossein Mosallanejad
محمدحسین مصلی نژاد

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1390

TITLE

Characterization of Ni-SiC-CNT nanocomposite coationgs produced by electroplating technique
The surface of a material or component might be deemed, because of its atomic structure, to be the most vulnerable site for various forms of attack. Therefore it is necessary to take required actions in order to protect the surface of the components which is done in different ways. Electroplating method due to lower production costs, ease of production and ease of process control is of paramount importance. Many studies have been performed on the production of Ni electroplated coatings. In this respect, the use of silicon carbide particles as a reinforcing agent in nickel coating has attracted the attentions. In order to improve the tribological properties of the coating carbon, the graphite or carbon nanotubes have also been used. In most of the researches CNT and SiC have separately been used in nickel coating. In this study, The Ni-SiC composite coatings at three different concentrations of 5, 10 and 15 g/l of reinforcing particles were produced using an electroplating process onto an aluminum substrate. After finding the best sample considering resistance to wearing, impact of carbon nanotubes at a concentration of 2 and 6 g/L as strengthening agent along with SiC particles were investigated. Nano-hardness and wear resistance of the samples were examined. Surface and section of the Coatings and also wear scratches were examined using SEM. In order to investigate the effect of current density on the surface roughness, morphology of the substrate and nickel coatings at two different current densities of 3 A/dm 2 and 6 A/dm 2 were evaluated using AFM. Increasing the current density parameter from 3 A/dm 2 to 6 A/dm 2 did not cause a significant change in Ra parameter; only the overall shape of the surface topography changed. Increasing the concentration of SiC particles in the electrodeposition bath from 5 g /l (sample S5) to 10 g /l (sample S10), led to improved wear properties of the coating. The presence of carbon nanotubes on the surface of the coatings, led to an increase in the co-deposition of SiC particles from 17/64 vol.% in S10 sample (the sample produced in a 10 g/l SiC bath) to 20/27 vol.% in SC6 sample (the sample produced in a 10 g/l SiC and 6 g/l SiC bath), also CNT disturbed the distribution of SiC particles in the coating. Using CNT up to a certain extent along with SiC led to improved hardness and wear resistance of Ni-SiC coating; increasing CNT up to 6 g/l increased the hardness of S10 sample from 451 Vickers to 508 Vickers i n SC6 sample and also increased the elastic modulus from 145.49 GPa in S10 sample to 169.67 GPa in SC6 sample. Mass loss of SC6 sample was improved by 41.6 % after wear test in comparison with S10. Key words : nanocomposite coating. Electroplating, Nickel, Carbon nano tube, nanohardness
سطوح قطعات و مواد به دلیل ساختار اتمی آن‌ها، آسیب پذیرترین محل برای حملات متعدد هستند. بنابراین لازم است تمهیداتی جهت حفظ سطح از این حملات اندیشیده شود. یکی از این راه حل‌ها، ایجاد پوشش بر سطح است که به روش های گوناگونی صورت می‌پذیرد. از این میان روش آبکاری الکتریکی بدلیل هزینه‌های پایین تولید، سهولت تولید و آسان بودن کنترل فرآیند از اهمیت بالایی برخوردار است. در این فرآیند از طریق کنترل ترکیب و پارامترهای عملیات محلول می‌توان خواص رسوب الکتریکی را در دامنه وسیعی تغییر داد. با استفاده از این روش می‌توان پوشش‌های کامپوزیتی نیز بر سطح ایجاد کرد. پژوهش‌های زیادی در زمینه تولید پوشش‌های کامپوزیتی زمینه نیکل به روش آبکاری الکتروشیمیایی انجام گرفته است. در این رابطه استفاده از ذرات کاربید سیلسیم به عنوان عامل تقویت کننده در زمینه نیکلی بسیار مورد توجه بوده است. هم‌چنین به منظور بهبود خواص تریبولوژیکی پوشش، از کربن به صورت گرافیت و یا نانولوله کربن استفاده شده است. در بیشتر پژوهش‌ها SiC و CNT به صورت جداگانه در زمینه نیکل مورد استفاده قرار گرفته اند. در این پژوهش، ابتدا پوشش‌های کامپوزیتی Ni-SiC در سه غلظت متفاوت 5، 10 و 15 گرم در لیتر ذره تقویت کننده با استفاده از فرآیند آبکاری الکتریکی بر روی یک زیرلایه آلومینیومی تولید شدند. پس از بررسی بهترین نمونه از لحاظ مقاومت به سایش، تاثیر نانو لوله های کربنی در دو غلظت 2 و 6 گرم بر لیتر به عنوان تقویت کننده در کنار ذرات SiC در بهترین نمونه مرحله قبل بررسی گردید. نانوسختی و مقاومت به سایش نمونه‌ها مورد بررسی قرار گرفت. سطح و مقطع پوشش‌ها هم‌چنین خطوط سایش با استفاده از میکروسکوپ SEM مورد ارزیابی قرار گرفت. به منظور بررسی تاثیر دانسیته جریان بر زبری سطح، مورفولوژی زیرلایه و پوشش‌های نیکل خالص در دو دانسیته جریان A/dm23وA/dm2 6 با استفاده از میکروسکوپ AFM بررسی شد. آزمون پراش پرتو ایکس (XRD) نیز برای بررسی هم‌نشست ذرات تقویت کننده در پوشش انجام شد. افزایش دانسیته جریان از A/dm2 3 تا A/dm2 6 تغییر محسوسی در پارامتر Ra ایجاد نکرد و تنها شکل کلی پستی‌ها و بلندی ‌های سطحی تغییر پیدا کرد. افزایش غلظت ذرات SiC در حمام از g/l 5 (نمونه S5) به g/l 10 (نمونه S10) منجر به بهبود خواص سایشی پوشش گردید. وجود نانولوله‌های کربنی در سطح پوشش منجر به افزایش هم‌نشست ذرات SiC از 64/17 درصد حجمی در نمونه S10 (نمونه تولید شده در حمام با غلظتSiC g/l10) به 27/20 درصدحجمی در نمونه SC6 (نمونه تولید شده در حمام با غلظت g/l SiC10 و g/l CNT 6) شد، هم‌چنین حضور CNT منجر به بر هم خوردن توزیع ذرات SiC در پوشش شد. استفاده از CNT تا حد معینی در کنار SiC منجر به بهبود سختی و مقاومت به سایش پوشش Ni-SiC گردید، به‌طوری که افزایش CNT تا میزان g/l6 منجر به افزایش سختی از 451 ویکرز در نمونه S10 به 508 ویکرز در نمونه SC6، باعث افزایش مدول الاستیک پوشش از GPa 49/145 در نمونه S10 به GPa 61/169 در نمونه SC6 شد و هم‌چنین کاهش جرم نمونه پس از آزمون سایش در نمونه SC6 6/41% نسبت به نمونه S10 بهبود پیدا کرد. کلمات کلیدی: پوشش نانوکامپوزیتی، آبکاری الکتریکی، نیکل، نانولوله کربنی، نانوسختی.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی