Skip to main content
SUPERVISOR
Ali Shafyei
علي شفيعي (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mohammad Hossein Mosallanejad
محمدحسين مصلي 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 دليل ساختار اتمي آن‌ها، آسيب پذيرترين محل براي حملات متعدد هستند. بنابراين لازم است تمهيداتي جهت حفظ سطح از اين حملات انديشيده شود. يکي از اين راه حل‌ها، ايجاد پوشش بر سطح است که به روش هاي گوناگوني صورت مي‌پذيرد. از اين ميان روش آبکاري الکتريکي بدليل هزينه‌هاي پايين توليد، سهولت توليد و آسان بودن کنترل فرآيند از اهميت بالايي برخوردار است. در اين فرآيند از طريق کنترل ترکيب و پارامترهاي عمليات محلول مي‌توان خواص رسوب الکتريکي را در دامنه وسيعي تغيير داد. با استفاده از اين روش مي‌توان پوشش‌هاي کامپوزيتي نيز بر سطح ايجاد کرد. پژوهش‌هاي زيادي در زمينه توليد پوشش‌هاي کامپوزيتي زمينه نيکل به روش آبکاري الکتروشيميايي انجام گرفته است. در اين رابطه استفاده از ذرات کاربيد سيلسيم به عنوان عامل تقويت کننده در زمينه نيکلي بسيار مورد توجه بوده است. هم‌چنين به منظور بهبود خواص تريبولوژيکي پوشش، از کربن به صورت گرافيت و يا نانولوله کربن استفاده شده است. در بيشتر پژوهش‌ها SiC و CNT به صورت جداگانه در زمينه نيکل مورد استفاده قرار گرفته اند. در اين پژوهش، ابتدا پوشش‌هاي کامپوزيتي Ni-SiC در سه غلظت متفاوت 5، 10 و 15 گرم در ليتر ذره تقويت کننده با استفاده از فرآيند آبکاري الکتريکي بر روي يک زيرلايه آلومينيومي توليد شدند. پس از بررسي بهترين نمونه از لحاظ مقاومت به سايش، تاثير نانو لوله هاي کربني در دو غلظت 2 و 6 گرم بر ليتر به عنوان تقويت کننده در کنار ذرات SiC در بهترين نمونه مرحله قبل بررسي گرديد. نانوسختي و مقاومت به سايش نمونه‌ها مورد بررسي قرار گرفت. سطح و مقطع پوشش‌ها هم‌چنين خطوط سايش با استفاده از ميکروسکوپ SEM مورد ارزيابي قرار گرفت. به منظور بررسي تاثير دانسيته جريان بر زبري سطح، مورفولوژي زيرلايه و پوشش‌هاي نيکل خالص در دو دانسيته جريان A/dm23وA/dm2 6 با استفاده از ميکروسکوپ AFM بررسي شد. آزمون پراش پرتو ايکس (XRD) نيز براي بررسي هم‌نشست ذرات تقويت کننده در پوشش انجام شد. افزايش دانسيته جريان از A/dm2 3 تا A/dm2 6 تغيير محسوسي در پارامتر Ra ايجاد نکرد و تنها شکل کلي پستي‌ها و بلندي ‌هاي سطحي تغيير پيدا کرد. افزايش غلظت ذرات SiC در حمام از g/l 5 (نمونه S5) به g/l 10 (نمونه S10) منجر به بهبود خواص سايشي پوشش گرديد. وجود نانولوله‌هاي کربني در سطح پوشش منجر به افزايش هم‌نشست ذرات SiC از 64/17 درصد حجمي در نمونه S10 (نمونه توليد شده در حمام با غلظتSiC g/l10) به 27/20 درصدحجمي در نمونه SC6 (نمونه توليد شده در حمام با غلظت g/l SiC10 و g/l CNT 6) شد، هم‌چنين حضور CNT منجر به بر هم خوردن توزيع ذرات SiC در پوشش شد. استفاده از CNT تا حد معيني در کنار SiC منجر به بهبود سختي و مقاومت به سايش پوشش Ni-SiC گرديد، به‌طوري که افزايش CNT تا ميزان g/l6 منجر به افزايش سختي از 451 ويکرز در نمونه S10 به 508 ويکرز در نمونه SC6، باعث افزايش مدول الاستيک پوشش از GPa 49/145 در نمونه S10 به GPa 61/169 در نمونه SC6 شد و هم‌چنين کاهش جرم نمونه پس از آزمون سايش در نمونه SC6 6/41% نسبت به نمونه S10 بهبود پيدا کرد. کلمات کليدي: پوشش نانوکامپوزيتي، آبکاري الکتريکي، نيکل، نانولوله کربني، نانوسختي.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی