Skip to main content
SUPERVISOR
Kaivan Raissi,Ahmad Saatchi
کیوان رئیسی (استاد راهنما) احمد ساعت چی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Navid Fathollahzade Masoule
نوید فتح اله زاده ماسوله

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1390
Cobal-tungsten coatings were electrodeposited on copper substrates using a citrate-ammonia bath. The structure of resultant coatings were totally amorphous with 48 wt-% W, totally nanocrystalline with 35 wt-% W and mixed with 40 wt-% W respectively. All coatings had a nodular surface morphology, but a microcrack network was also observed in totally amorphous and mixed coatings. The cyclic voltammograms of both amorphous and nanocrystalline coatings revealed a low-current plateau around the open circuit potential, exhibiting a passive behavior. In each cycle, the redox features of Co were seen, but the copper features were only observed for totally amorphous coating. Mott-Schottky analysis exhibited an n-type semiconductivity for both amorphous and nanocrystalline coatings. By donor density calculation, using the slopes of Mott-Schottky curves, it was revealed that the passive film of amorphous coating had higher crystal defects. Potentiodynamic polarization and electrochemical impedance spectroscopy analyses showed that the amorphous coating had the highest corrosion resistance before and after tribocorrosion experiments. Moreover, at anodic potential of -0.05 V vs. Ag/AgCl, where a diffusion-controlled dissolution process surly occurs, the amorphous coating was the most corrosion resistant respect to other coatings. The plugging of microcracks by corrosion products were observed at SEM images of the amorphous coating after EIS measurements. This could prevent the build-up of galvanic microcells, and thus, eliminate the negative effects of microcracks on corrosion behavior of amorphous coatings. In tribocorrosion test at OCP and over the course of sliding, the potential of totally amorphous coating shifted to more active potentials due to widening of wear scar ,and thus, increasing in active surface areas. The responsible of this observation was the lowest hardness of totally amorphous coating compared to the other ones. However, during sliding of totally nanocrystalline coatings, there was no significant alteration in OCP values. On the other hand, during sliding of mixed coating, OCP values shifted to nobler values owing to the transition of coating structure from amorphous to nanocrystalline caused by exfoliation and approaching to the substrate surface in wear scar. In tribocorrosion tests under anodic polarization, at the start of sliding a sharp increase in current density readings occurred due to the effect of mass traort (MT) and coating depassivation phenomena. In tribocorrosion tests under cathodic polarization, it was found that the ball motion could eliminate the concentration polarization and enhance the rate of hydrogen evolution or water reduction reactions on the surface of coating. In all states of tribocorrosion experiments, the proportion of MT in the evolution of OCP and current density readings was higher than the proportion of wear-accelerated corrosion (WAC). Hence, the process of coating dissolution was considered to be mainly MT controlled process. In OCP condition, the volume loss of totally amorphous coating was the highest probably due to the lowest hardness. A surface-fatigue wear mechanism was observed for all coatings due to the formation of superficial microcracks in the vicinity of wear scars. Keywords: Co-W coatings; Amorphous; Nanocrystalline; Corrosion; Tribocorrosion; Cyclic voltammetry; Mott-Schottky; EIS
پوشش های کبالت-تنگستن به روش رسوبدهی الکتروشیمیایی و با استفاده از یک حمام سیترات-آمونیا روی زیرلایه مسی تولید شدند. ساختار و ترکیب عنصری پوشش های حاصله به صورت کاملا آمورف حاوی 48 درصدوزنی تنگستن، کاملا نانوکریستال حاوی 35 درصدوزنی تنگستن با اندازه دانه 15 نانومتر و ساختار ترکیبی حاوی 40 درصدوزنی تنگستن بودند. تمامی پوشش ها دارای مرفولوژی سطحی برآمده بودند، اما در پوشش های کاملا آمورف و ترکیبی، شبکه ای از میکروترک ها نیز مشاهده شد. در ولتاموگرام های چرخه ای پوشش های کاملا آمورف و کاملا نانوکریستال، یک محدوده مسطح با دانسیته جریان کم و درحوالی پتانسیل مدارباز مشاهده شد که بیانگر رفتار رویین این پوشش ها بود. در هر چرخه، پیک های مشخصه اکسایش و کاهش کبالت دیده شدند، اما پیک های مشخصه مس تنها در نمونه کاملا آمورف مشاهده گردید. آنالیز موت-شاتکی نشان داد که فیلم رویین تشکیل شده روی سطح پوشش ها دارای رفتار نیمه رسانای نوع n است. با محاسبه مقدار غلظت دهنده از شیب منحنی موت-شاتکی مشخص شد که فیلم رویین تشکیل شده روی پوشش کاملا آمورف دارای غلظت عیوب کریستالی بیشتری است. آزمون های پلاریزاسیون پتانسیودینامیک و طیف نگاری امپدانس الکتروشیمیایی نشان دادند که پوشش کاملا آمورف قبل و بعد از انجام آزمون های تریبوخوردگی دارای بیشترین مقاومت خوردگی می باشد. همچنین در پتانسیل آندی ( V vs. Ag/AgCl 05/0- ) که واکنش انحلال پوشش با شدت زیادی تحت کنترل نفوذ انجام می شود، مقاومت به انحلال پوشش کاملا آمورف نسبت به سایر پوشش ها بیشتر بود. تصاویر میکروسکوپی الکترونی بعد از انجام آزمون طیف نگاری امپدانس الکتروشیمیایی نشان دادند که میکروترک های موجود در پوشش کاملا آمورف توسط محصولات خوردگی پر شده اند. این امر موجب جلوگیری از برپایی میکروسل های گالوانیکی و درنتیجه حذف اثر منفی میکروترک ها بر رفتار خوردگی پوشش کاملا آمورف می شود. در آزمون تریبوخوردگی در وضعیت مدار باز و در محدوده زمانی سایش، پتانسیل پوشش آمورف بعلت افزایش عرض مسیر سایش و بنابراین افزایش ناحیه فعال، به صورت تدریجی به مقادیر فعال تر منتقل شد. این پدیده به کم بودن سختی پوشش آمورف نسبت به سایر پوشش ها نسبت داده شد. اما در نمونه کاملا نانوکریستال تغییرات عمده ای در محدوده زمانی سایش دیده نشد. از طرف دیگر در نمونه با ساختار ترکیبی، مقادیر پتانسیل مدار باز در زمان انجام سایش به مقادیر نجیب تر منتقل گردید که علت آن را می توان تغییر ساختار در مسیر سایش (از آمورف به نانوکریستال) دراثر لایه برداری پوشش عنوان کرد. در آزمون تریبوخوردگی و تحت پلاریزاسیون آندی، در لحظه شروع سایش یک افزایش ناگهانی در مقادیر دانسیته جریان اتفاق افتاد که به اثر پدیده های انتقال جرم و غیر رویین شدن پوشش مربوط بود. با انجام آزمون تریبوخوردگی تحت پلاریزاسیون کاتدی مشخص گردید که حرکت گلوله می تواند منجر به حذف پلاریزاسیون غلظتی و درنتیجه افزایش نرخ فرایند آزادشدن هیدروژن (یا کاهش آب) در سطح پوشش شود. در تمامی وضعیت های انجام آزمون تریبوخوردگی، سهم پدیده انتقال جرم در تغییر مقادیر پتانسیل مدار باز و دانسیته جریان های آندی و کاتدی، بیشتر از سهم خوردگی تشدید شده با سایش بود. بنابراین واکنش انحلال پوشش اساسا یک فرایند کنترل شونده با انتقال جرم درنظر گرفته شد. در شرایط پتانسیل مدار باز مقدار اتلاف حجم در نمونه کاملا آمورف بعلت سختی کمتر، بیشتر بود. با توجه به تشکیل میکروترک های سطحی در اطراف مسیر سایش، مکانیزم خستگی سطحی برای سایش نمونه ها در آزمون های تریبوخوردگی، درنظر گرفته شد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی