تاثير اصلاح کننده بر خواص ترشوندگي پوشش هاي رسوب الکتريکي نيکل با ساختار سلسله مراتبي ميکرو-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.

چکيده پوشش هاي نيکل از حمام هاي کلريدي حاوي مقادير مختلف آمونيوم کلريد با روش رسوب دهي الکتريکي دو مرحله اي و بدون وقفه تهيه شدند. مورفولوژي، توپوگرافي و بافت پوشش ها به ترتيب با استفاده از ميکروسکوپ الکتروني روبشي (SEM)، پروفيلومتر کانفوکال و پراش سنج اشعه ايکس (XRD) مطالعه شدند. تصاوير SEM نشان داد که پوشش حاصل از حمام پوشش دهي فاقدآمونيوم کلريد داراي ساختار هاي ميکرو مخروطي هستند. افزودن آمونيوم کلريد به حمام پوشش دهي باعث تشکيل ساختار هاي مخروطي متقارن تر، تيز تر و ظريف تري شد و همچنين در حضور g. L -1 200 آمونيوم کلريد، ساختار ميکرو- نانو مخروطي يکنواخت تري به دست آمد. تشکيل ساختار هاي ميکرو- نانو مخروطي شکل به وسيله تئوري "رشد توسط نابجايي هاي پيچي" تحليل شد. آناليز XRD نشان داد که آمونيوم کلريد سبب تغيير جهت گيري مرجح صفحات کريستالي پوشش از (220) به (111) مي شود. نقش آمونيوم کلريد با روش هاي ولتامتري چرخه اي و طيف سنجي امپدانس الکتروشيميايي مطالعه شد. نتايج نشان داد که آمونيوم کلريد با تشکيل کمپلکس هاي نيکل- آمونياک باعث افزايش مقاومت انتقال بار در فرايند رسوب دهي الکتريکي نيکل مي شود و بنابراين از جوانه زني رسوبات نيکل ممانعت مي کند. ترشوندگي پوشش هاي نيکل با اندازه گيري زاويه تماس آن ها با آب بررسي شد و مشاهده شد که پوشش هاي تازه تهيه شده رفتار فوق آبدوست دارند و با نگهداري آن ها در هوا، زاويه تماس به طور تدريجي افزايش مي يابد و نهايتا بعد از 2 هفته نگهداري در هوا، پوشش ها فوق آبگريز مي شوند. افزايش زاويه تماس در طول مدت نگهداري در هوا به جذب مواد آلي روي سطح پوشش ها نسبت داده شد. زبري متوسط پوشش تهيه شده از حمام حاوي g. L -1 200 آمونيوم کلريد بيشتر از پوشش هاي ديگر بود، بنابراين طبق مدل ونزل اين پوشش فوق آبگريز تر از پوشش هاي ديگر شد. مقاومت به خوردگي پوشش ها با آزمون طيف سنجي امپدانس الکتروشيميايي به صورت غوطه وري مدت دار در محلول 5/3% وزني سديم کلريد بررسي شد. نتايج نشان داد که خاصيت فوق آبگريزي باعث افزايش به طور ميانگين 12 برابري مقاومت پلاريزاسيون پوشش ها مي شود. با افزايش زمان غوطه وري مقاومت پلاريزاسيون به طور تدريجي کاهش يافت که ناشي از کاهش خاصيت آبگريزي بود. بعد از حذف خاصيت آبگريزي، مقاومت پلاريزاسيون تمامي پوشش ها شروع به افزايش چشمگيري کرد. اين افزايش ناشي از تشکيل فيلم رويين در سطح پوشش ها در اثر خوردگي در محلول خورنده بود. براي مطالعه دقيق تر اثر اصلاح کننده کريستال، پوشش هاي نيکل در حضور افزودني ديگري با نام اتيلن دي آمونيوم دي کلريد با فرايند رسوب دهي الکتريکي دو مرحله اي تهيه شدند. تصاوير SEM نشان داد که پوشش هاي نيکل حاصل، فاقد ساختار ميکرو- نانو مخروطي مطلوب مي باشند. زبري پوشش هاي تهيه شده کمتر از پوشش هاي تهيه شده از حمام هاي آمونيوم کلريدي بود، بنابراين با نگهداري در هوا پوشش ها صرفاً آبگريز شدند. بررسي مقاومت به خوردگي اين پوشش ها نشان داد که خاصيت آبگريزي برخلاف فوق آبگريزي اثر چنداني روي مقاومت به خوردگي ندارد. مقاومت پلاريزاسيون اين پوشش ها نيز با افزايش زمان غوطه وري افزايش يافت اما ميزان افزايش آن کمتر از ميزان مشاهده شده در پوشش هاي حاصل از حمام آمونيوم کلريد بود. نتايج شبيه سازي داده هاي امپدانس نشان داد که تجمع محصولات خوردگي و پلاگ شدن سطح باعث بهبود مقاومت به خوردگي شده است. کلمات کليدي: فوق آبگريزي، نيکل، رسوب دهي الکتريکي، آمونيوم کلريد، اتيلن دي آمونيوم دي کلريد.