تاثیر اصلاح کننده بر خواص ترشوندگی پوشش های رسوب الکتریکی نیکل با ساختار سلسله مراتبی میکرو-نانو

STUDENT

DEGREE

YEAR

Effect of modifier on wettability characteristic of nickel electrodeposited coatings with micro-nano hierarchical structures Mehri Hashemzadeh m.hashemzadeh@ma.iut.ac.ir Date of submission: 10 June 2015 Department of Materials Engineering Isfahan University of Technology, Isfahan 84156-83111, Iran Degree: M.Sc. Language: Farsi Supervisors: k_raeissi@cc.iut.ac.ir ashrafif@cc.iut.ac.ir Nickel coatings were prepared in the presence of different concentrations of ammonium chloride by two-step electrodeposition method. Surface morphology, topography and preferred orientation of the coatings were characterized by scanning electron microscopy (SEM), confocal profilometer and X-ray diffractometer (XRD), respectively. The SEM results showed that the coating prepared in the absence of ammonium chloride has a micro-cones structure. By adding ammonium chloride, more regular, sharp and symmetric micro-cones were formed. The formation mechanism of this structure can be explained by screw dislocation driven growth theory. XRD results showed that ammonium chloride has changed the preferred grain orientation of nickel coatings from (220) to (111). The role of ammonium chloride was studied by cyclic voltammetry and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) techniques. The results showed that ammonium chloride increased the charge transfer resistance in electrodeposition by forming nickel-ammonia complexes. Therefore, it inhibits nucleation of nickel deposits. The wettability of prepared coatings was investigated by measuring the water contact angle on the coatings surface. It was observed that the freshly prepared nickel coatings were super-hydrophilic and by storing them in air for two weeks, they became super-hydrophobic. Corrosion resistance of the coatings was evaluated through long-term immersion in 3.5 wt.% NaCl solution using EIS tests. The results showed that the superhydrophobicity has increased polarization resistance almost twelvefold. The polarization resistance gradually decreased due to lowering of hydrophobicity. After hydrophobicity loss, the polarization resistance of all coatings considerably increased. This behavior was due to the passive film formation on the coatings surface in corrosive solution. Nickel coatings also prepared in presence of other additive called ethylenediammonium dichloride by the two step electrodeposition. The prepared nickel coatings were lack of appropriate micro-nano cone structures. The roughness of these coatings was lower than the roughness of coatings prepared in presence of ammonium chloride. Therefore, by storing in air, they could be only hydrophobic. The increase of polarization resistance of these coatings versus time was due to the accumulation of corrosion products and its surface plugging effect. Keywords: Super-hydrophobicity; Nickel; Electrodeposition; Ammonium chloride; ethylenediammonium dichloride.

پوشش های نیکل از حمام های کلریدی حاوی مقادیر مختلف آمونیوم کلرید با روش رسوب دهی الکتریکی دو مرحله ای و بدون وقفه تهیه شدند. مورفولوژی، توپوگرافی و بافت پوشش ها به ترتیب با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، پروفیلومتر کانفوکال و پراش سنج اشعه ایکس (XRD) مطالعه شدند. تصاویر SEM نشان داد که پوشش حاصل از حمام پوشش دهی فاقدآمونیوم کلرید دارای ساختار های میکرو مخروطی هستند. افزودن آمونیوم کلرید به حمام پوشش دهی باعث تشکیل ساختار های مخروطی متقارن تر، تیز تر و ظریف تری شد و همچنین در حضور g. L -1 200 آمونیوم کلرید، ساختار میکرو- نانو مخروطی یکنواخت تری به دست آمد. تشکیل ساختار های میکرو- نانو مخروطی شکل به وسیله تئوری "رشد توسط نابجایی های پیچی" تحلیل شد. آنالیز XRD نشان داد که آمونیوم کلرید سبب تغییر جهت گیری مرجح صفحات کریستالی پوشش از (220) به (111) می شود. نقش آمونیوم کلرید با روش های ولتامتری چرخه ای و طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی مطالعه شد. نتایج نشان داد که آمونیوم کلرید با تشکیل کمپلکس های نیکل- آمونیاک باعث افزایش مقاومت انتقال بار در فرایند رسوب دهی الکتریکی نیکل می شود و بنابراین از جوانه زنی رسوبات نیکل ممانعت می کند. ترشوندگی پوشش های نیکل با اندازه گیری زاویه تماس آن ها با آب بررسی شد و مشاهده شد که پوشش های تازه تهیه شده رفتار فوق آبدوست دارند و با نگهداری آن ها در هوا، زاویه تماس به طور تدریجی افزایش می یابد و نهایتا بعد از 2 هفته نگهداری در هوا، پوشش ها فوق آبگریز می شوند. افزایش زاویه تماس در طول مدت نگهداری در هوا به جذب مواد آلی روی سطح پوشش ها نسبت داده شد. زبری متوسط پوشش تهیه شده از حمام حاوی g. L -1 200 آمونیوم کلرید بیشتر از پوشش های دیگر بود، بنابراین طبق مدل ونزل این پوشش فوق آبگریز تر از پوشش های دیگر شد. مقاومت به خوردگی پوشش ها با آزمون طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی به صورت غوطه وری مدت دار در محلول 5/3% وزنی سدیم کلرید بررسی شد. نتایج نشان داد که خاصیت فوق آبگریزی باعث افزایش به طور میانگین 12 برابری مقاومت پلاریزاسیون پوشش ها می شود. با افزایش زمان غوطه وری مقاومت پلاریزاسیون به طور تدریجی کاهش یافت که ناشی از کاهش خاصیت آبگریزی بود. بعد از حذف خاصیت آبگریزی، مقاومت پلاریزاسیون تمامی پوشش ها شروع به افزایش چشمگیری کرد. این افزایش ناشی از تشکیل فیلم رویین در سطح پوشش ها در اثر خوردگی در محلول خورنده بود. برای مطالعه دقیق تر اثر اصلاح کننده کریستال، پوشش های نیکل در حضور افزودنی دیگری با نام اتیلن دی آمونیوم دی کلرید با فرایند رسوب دهی الکتریکی دو مرحله ای تهیه شدند. تصاویر SEM نشان داد که پوشش های نیکل حاصل، فاقد ساختار میکرو- نانو مخروطی مطلوب می باشند. زبری پوشش های تهیه شده کمتر از پوشش های تهیه شده از حمام های آمونیوم کلریدی بود، بنابراین با نگهداری در هوا پوشش ها صرفاً آبگریز شدند. بررسی مقاومت به خوردگی این پوشش ها نشان داد که خاصیت آبگریزی برخلاف فوق آبگریزی اثر چندانی روی مقاومت به خوردگی ندارد. مقاومت پلاریزاسیون این پوشش ها نیز با افزایش زمان غوطه وری افزایش یافت اما میزان افزایش آن کمتر از میزان مشاهده شده در پوشش های حاصل از حمام آمونیوم کلرید بود. نتایج شبیه سازی داده های امپدانس نشان داد که تجمع محصولات خوردگی و پلاگ شدن سطح باعث بهبود مقاومت به خوردگی شده است. کلمات کلیدی: فوق آبگریزی، نیکل، رسوب دهی الکتریکی، آمونیوم کلرید، اتیلن دی آمونیوم دی کلرید.