Skip to main content
SUPERVISOR
Roohollah Bagheri,Mohammad Hossei Enayati,Mehdi Salehi,Masoud Panepour
روح اله باقري (استاد مشاور) محمدحسين عنايتي (استاد مشاور) مهدي صالحي (استاد راهنما) مسعود پنجه پور (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mehdi Hedayati
مهدي هدايتي

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1386

TITLE

Fabrication, tribological and microstructural characterization of PEEK/SiO2 polymer matrix nanocomposite coatings on the plain carbon steel substrate
In this research work, fabrication, tribological and icrostructural characterization of polyether ether ketone (PEEK)/SiO 2 polymer nanocomposite coatings were investigated. In this order, the amorphous and semi-crystalline PEEK and PEEK/10 vol% SiO 2 coatings were deposited on the plain carbon steel (st37) substrate by means of the electrostatic powder spray technique. The nanocomposite powder was prepared by high energy ball milling. Before milling, to achieve a good dispersion and strong interface, silica nanoparticles were surface modified using a silane coupling agent, (3-glycidoxypropyltrimethoxysilane) and characterized by means of furrier transformed infrared spectrophotometer (FTIR), transmission electron microscope (TEM) and Light transmittance (LT) measurement. The morphological and particle size distribution changes, crystalline structure and thermal behavior of the obtained nanocomposite during milling process were evaluated by scanning electron microscope (SEM), laser particle size analyzer (LPSA), X-ray diffractometer (XRD) and differential scanning calorimeter (DSC), respectively. The electrostatic spray parameters and processing time and temperature to obtain a uniform coating were determined. The coatings were studied in the terms of surface and cross-section quality, crystalline structure, dispersion and distribution of nanoparticles in the polymer matrix and molecular bond structure using the optical and scanning/transmission electron microscopes (OM and SEM/TEM), XRD and FTIR, respectively. The coatings hardness and their adhesion strength were evaluated by Vickers microhardness and pull-off tests. The tribological behaviors of the coatings were investigated using pin-on-disk test. The results indicated that dispersion and distribution of the surface modified nanoparticles were more uniform and homogeneous in PEEK matrix than the unmodified ones. The hardness of the semi-crystalline pure PEEK coatings was higher than the amorphous one but their adhesion strength was lower. However, the hardness and adhesion strength of the nanocomposite coatings improved significantly than the pure PEEK coatings and also, their sensitivity to the crystallinity of the coating decreased remarkably. It was also found that the wear and frictional behavior of the semi-crystalline coatings were better than the amorphous ones. However, the presence of the surface modified silica nanoparticles caused the improvement of wear rate but increase in the friction coefficient. The wear mechanisms of each crystalline and amorphous PEEK and nanocomposite coatings were studied using the SEM observations of wear tracks.
ساخت و مشخصه يابي ريزساختاري و تريبولوژيکي پوشش هاي نانوکامپوزيتي پليمري پلي اتراترکتون (PEEK)/سيليکا مورد بررسي قرار گرفته شد. بدين منظور، پوشش هاي نيمه بلوري و آمورف PEEK و نانوکامپوزيتيPEEK/10 vol% SiO 2 توسط روش پاشش الکترواستاتيکي پودر بر روي زيرلايه hy;هايي از فولاد ساده کربني (st37) ايجاد شدند. پودر نانوکامپوزيت مورد نظر به روش آسياب کاري گلوله اي پر انرژي ساخته شد. قبل از فرايند آسياب کاري، به منظور کاهش ميزان آگلومره شدن نانوذرات سيليکا و بهبود درجه ي توزيع و پخش آنها در زمينه، و همچنين افزايـش استحکــام فصـل مشترک آنـها با زمـينه ي پليمــري، نانـوذرات سيليکـاي اوليـه توسط عامـل پيـوند سيلانــي "3- گليسيدوکسي پروپيل تري متوکسي سيلان"، (GPTMS)، اصلاح سطح شدند. ارزيابي اصلاح سطح نانوذرات توسط طيف نگاري مادون قرمز با تبديل فوريه (FTIR)، ميکروسکوپ الکتروني عبوري (TEM) و سنجش ميزان عبور نور (LT) انجام شد. تغـييرات مرفولوژيکـي، ساختار کـريستالي، تغييرات توزيع اندازه ذرات و رفتار حرارتي نانوکامپـوزيت حاصـله حين آسياب کاري به ترتيب توسط ميکروسکوپ الکتروني روبشي (SEM)، تفرق اشعه X (XRD)، آناليزگر ليزري اندازه ذرات و آناليز حرارتي ديفرانسيلي (DSC) مورد بررسي قرار گرفتند. پارامترهاي پاشش الکترواستاتيکي و نيز دما و زمان ذوب براي دستيابي به پوشش هاي بهينه تعيين شدند. پوشش ها از نظر کيفيت سطحي و سطح مقطع، ساختار بلوري، توزيع نانوذرات در زمينه و ساختار ملکولي، به ترتيب توسط ميکروسکوپ هاي نوري و الکتروني روبشي/ عبوري (SEM/TEM)، XRD و طيف نگاري مادون قرمز با تبديل فوريه (FTIR) ارزيابي شدند. سختي پوشش ها و استحکام چسبندگي آنها به زيرلايه، به ترتيب، توسط آزمون هاي ميکروسختي ويکرز و استحکام چسبندگي Pull-off بررسي شدند. رفتار تريبولوژيکي پوشش ها نيز توسط آزمون سايش پين روي ديسک مورد مطالعه قرار گرفتند. نتايج نشان دادند که سختي پوشش هاي نيمه بلوري PEEK خالص نسبت به آمورف بيشتر ولي استحکام چسبندگي آنها کمتر است. با اين وجود، سختي و استحکام چسبندگي پوشش هاي نانوکامپوزيتي تقويت شده با نانوذرات اصلاح سطح شده، به طور قابل توجهي نسبت به پوشش هاي PEEK خالص بهبود و حساسيت آنها به بلورينه يا آمورف بودن پوشش ها تا حد زيادي کاهش يافتند. اما، پوشش هاي نانوکامپوزيتي پرشده با نانوذرات اصلاح سطح نشده، چسبندگي ضعيف تري را نسبت به پوشش هاي خالص نشان دادند. همچنين، پوشش هاي PEEK خالص نيمه بلوري رفتار سايشي- اصطکاکي بهتري را نسبت به پوشش هاي آمورف داشتند. حضور نانوذرات سيليکاي اصلاح سطح شده باعث افزايش ضريب اصطکاک ولي بهبود روند کاهش وزن آنها شد. اما در مورد نانوذرات اصلاح سطح نشده، حضور آنها سبب تضعيف شديد رفتار تريبولوژيکي پوشش ها شد. با توجه به مشاهدات SEM سطوح سايش و نمودارهاي ضريب اصطکاک و کاهش وزن، مکانيزم هاي سايش چسبان، خراشان خيش ريز و خستگي سطحي براي پوشش هاي PEEK آمورف و مکانيزم هاي چسبان و تا حدودي خراشان خيش ريز براي پوشش نيمه بلوري تعيين شدند. در مورد پوشش هاي نانوکامپوزيتي اصلاح سطح شده، مکانيزم خراشان سه جسمي و چسبان (ولي با شدت کمتر نسبت به پوشش هاي خالص) ديده شد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی