SUPERVISOR
Ahmad Saatchi,Kaivan Raissi
احمد ساعت چی (استاد راهنما) کیوان رئیسی (استاد راهنما)
STUDENT
Amin Fayazi
امین فیاضی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1390
TITLE
Effect of saccharin on corrosion and tribocorrosion properties of Electroless NiP coatings
NiP coatings were electrolessed on carbon steel AISI 1045 without saccharin and in presence of 10 and 20 g/L saccharin in bath solution. Elemental composition of coatings showed 11.2 wt-%W for NiP coating without saccharin in bath solution and 10.7 and 10.6 wt-%W in presence of 10 and 20 g/L saccharin in bath solution respectively. The presence of 10 and 20 g/L saccharin in bath solution caused to co-deposition of 1.0 and 1.4 wt-%W sulphur respectively. The scaning electron microscopy photographs exhibited the refining of nodules size with addition of saccharin to bath solution. The structure of NiP coatings with and without saccharin in bath solution were totally amorphous and with increasing dosage of saccharin to 10 and 20 g/L saccharin in bath solution, the peak broadening of (111) and (220) reflecting planes taked place that indicate the grain refining. The surface roughness coatings in presence of 10 and 20 g/L saccharin were 0.060 and 0.057 µm that indicated the roughness refining compared to the coating without saccharin in bath solution(0.078 µm). The micro hardness measurement of coatings exhibited 454 Hv for NiP coting without saccharin and increasing of hardness to 473 and 620 Hv in presence of 10 and 20 g/L saccharin, respectively. The potentiodynamic polarization and EIS tests showed that addition of saccharin to bath solution had not a devastating effect on the corrosion current density but Corrosion performance will weaken in the anodic region and corrosion resistant in the anodic region severely reduced caused to co-deposition of sulphur. The potentiostatic and EIS analysis in the anodic potential indicated the weaken of protective layer in the presence of saccharin to plating bath. Tribo-corrosion test in the OCP potential on wear track, NiP coating without saccharin showed the lowest potential drop during wear while this coating showed the most worn volume during abrasion and with increasing of saccharin the amount of worn volume decreased probable caused to hardness improvement in this coating. Tribo-corrosion test in the anodic polarization on wear track, the best performance of coated NiP in the worn volume and increasing of current density obtained from the bath containing 20 g Saccharin and probable caused to hardness improvement in this coating. Trib-corrosion test in the cathodic polarization on wear track, minimal degradation of current density and minimal worn volume is obtained from the bath containing 20 g/L Saccharin and probable caused to hardness improvement in this coating. The type of wear mechanism in all cases of tribo-corrosion test was abrasive wear and only a slight weight percent silica (silicon carbide ball as an abrasive substance) was present in the wear track, which explains the slight adhesive wear mechanisms. Friction coefficient at open circuit potential, anodic and cathodic were calculated. The results showed that increasing the saccharin caused to increasing of hardness and reduction of adhesion between coating/abrasive ball and the friction coefficient was reduced. The lowest coefficient of friction between different types of potential was cathodic potential and the possible cause is adhesion loss in interfacial coating /abrasive ball. Keywords: Electroless NiP coating, Saccharin, Microhardness, Corrosion, Tribocorrosion, Potentiodynamic, Potentiostat, EIS, Friction coefficient
پوشش های نیکل- فسفر به روش رسوب دهی الکترولس روی زیرلایه فولاد ساده کربنی AISI 1045 بدون حضور ساخارین در حمام آبکاری و در حضور 10 و 20 گرم بر لیتر ساخارین در حمام آبکاری، تولید شدند. ترکیب عنصری پوشش حاکی از حضور 2/11 درصدوزنی فسفر برای پوشش نیکل- فسفر حاصل از حمام بدون ساخارین بود که با افزایش غلظت ساخارین حمام به 10 و 20 گرم بر لیتر، درصد وزنی فسفر به ترتیب به مقادیر 7/10 و 6/10 کاهش یافت. همچنین ساخارین موجود در حمام منجر به رسوب همزمان سولفور در پوشش شد به طوری که با افزایش 10 و 20 گرم بر لیتر ساخارین به حمام آبکاری، درصد وزنی سولفور به 0/1 و 4/1 افزایش یافت. تصاویر میکروسکوپی الکترونی روبشی بیان گر کاهش برآمدگی های سطحی با افزایش ساخارین به حمام آبکاری بود. ساختار پوشش نیکل- فسفر بدون حضور ساخارین در حمام به شکل کاملاً آمورف بود و با افزایش ساخارین به حمام آبکاری نیز پوشش به شکل آمورف باقی ماند و تنها پهن شدگی پیک در صفحات (111) و (220) رخ داد که نشان دهنده ی کاهش اندازه دانه در حضور ساخارین در حمام آبکاری بود. زبری سطح در پوشش های حاصل از 10 و 20 گرم بر لیتر ساخارین، به ترتیب مقادیر 060/0 و 057/0 میکرومتر بود که نسبت به پوشش بدون ساخارین در حمام آبکاری(mµ 078/0) کاهش نشان داد. میکروسختی سنجی پوشش ها حاکی از افزایش سختی پوشش از 454 ویکرز برای حالت بدون ساخارین در حمام آبکاری به 473 و 610 ویکرز به ترتیب در حضور 10 و 20 گرم بر لیتر ساخارین در حمام آبکاری بود.آزمون های پلاریزاسیون پتانسیودینامیک و طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی نشان داد که افزایش ساخارین به حمام آبکاری تاثیر مخربی بر جریان خوردگی نداشت اما منجر به تضعیف عملکرد خوردگی در ناحیه آندی شد و مقاومت به خوردگی در ناحیه آندی با افزایش ساخارین به حمام آبکاری به شدت کاهش یافت که علت آن به حضور رسوب همزمان سولفور نسبت داده شد. آزمون های پتانسیواستاتیک و طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی در پتانسیل آندی نیز حاکی از تضعیف عملکرد لایه محافظ در اثر حضور ساخارین در حمام آبکاری بود. آزمون تریبوخوردگی در حالت پتانسیل مدار باز در ناحیه سایش، پوشش نیکل- فسفر حاصل از حمام بدون حضور ساخارین را با کمترین افت پتانسیل در حین سایش نشان داد، درحالی که همین پوشش بیشترین حجم ساییده شده در حین سایش را نشان داد و با افزایش ساخارین از میزان حجم ساییده شده کاهش یافت که علت احتمالی آن بهبود سختی در این پوشش ها بود. آزمون تریبوخوردگی در حالت پلاریزاسیون آندی در ناحیه سایش، بهترین عملکرد مربوط به پوشش نیکل- فسفر حاصل از حمام حاوی 20 گرم بر لیتر ساخارین را نشان داد و کمترین حجم ساییده شده نیز مربوط به این پوشش بود که علت احتمالی آن به بهبود قابل توجه سختی این پوشش نسبت داده شد. آزمون تریبوخوردگی در حالت پلاریزاسیون کاتدی در ناحیه سایش، کمترین افت دانسیته جریان را مربوط به پوشش نیکل- فسفر حاصل از حمام حاوی 20 گرم بر لیتر ساخارین نشان داد و کمترین حجم ساییده شده نیز متعلق به همین پوشش بود که علت احتمالی آن به بهبود سختی این پوشش نسبت داده شد. مکانیزم سایش در تمامی حالات آزمون تریبوخوردگی از نوع مکانیزم سایش خراشان بود و تنها درصد وزنی ناچیزی سیلیسیم(ناشی از گلوله کاربید سیلیسیم به عنوان جسم ساینده) در مسیر سایش حضور داشت که بیان کننده مکانیزم سایش چسبان به شکل ناچیز بود. ضریب اصطکاک در سه حالت پتانسیل مدار باز، آندی و کاتدی محاسبه شد. نتایج نشان داد که با افزایش ساخارین، به دلیل احتمالی افزایش سختی و کاهش چسبندگی بین سطح پوشش/جسم ساینده، از میزان ضریب اصطکاک کاسته شد. کمترین ضریب اصطکاک بین حالت های مختلف پتانسیل، حالت پتانسیل کاتدی بود که علت احتمالی آن کاهش چسبندگی در فصل مشترک پوشش/جسم ساینده است. کلمات کلیدی : پوشش الکترولس نیکل- فسفر؛ ساخارین؛ میکروسختی؛ خوردگی؛ تریبوخوردگی؛ پتانسیودینامیک؛ پتانسیواستات؛ طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی؛ ضریب اصطکاک