Skip to main content
SUPERVISOR
Fakhreddin Ashrafizadeh,Mahmood Monir-vaghefi
سیدفخرالدین اشرفی زاده (استاد راهنما) سیدمحمود منیرواقفی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Iman Sivandi poor
ایمان سیوندی پور

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1387

TITLE

Formation and Characterization of Ni-P-WS2 and Ni-P-CNT Electroless Composite Coatings
Formation and Characterization of Ni-P-WS 2 and Ni-P-CNT Electroless Composite Coatings One of the promising methods of developing solid lubricant coatings is the incorporation of particles as reinforcement in a coating in order to produce a composite with dispersed solid lubricant particles. Electroless coatings can be used as matrix material for solid lubricant particles. Solid lubricant particles are suspended in electroless bath and are embedded in the layer to improve the coating properties. In this study, the effect of incorporation of tungsten disulfide solid lubricant particles in electroless coatings and its effect on tribological properties are investigated. Furthermore, the tribological properties of Ni-P-CNT composite coating have been compared and contrasted with the former. Coating procedure was carried out in a laboratory electroless bath. Process parameters included pretreatment of steel substrate by grinding and polishing to reach an appropriate roughness, surface activation by degreasing and acid-cleaning and preparation of WS2 and CNT powder before its addition to the electroless bath. The concentration of particles in plating bath was varied from 1 to 5 gr/lit for WS 2 and from 1 to 3 gr/lit for CNT. Characterization of the surface and interface was achieved by scanning electron microscopy (SEM), microhardness measurements, X-ray diffraction and energy dispersive microanalysis to identify the chemical composition and phases in the composite coatings. X-ray diffraction showed that the as-plated composite coatings had amorphous structure and formed crystalline structure after heat treatment. The SEM results illustrated that the thicknesses of both coatings were about 20 µm and the deposited coatings had nodular features with a typical cauliflower-like morphology. Considering Ni-P-WS 2 coatings, nodular features and surface roughness were higher compared to Ni-P-CNT coating. By increasing particle concentration in the bath, the concentration of particles in the coatings increased to a maximum value and then decreased. The maximum concentration of WS 2 particles were achieved in 4 gr/lit and this value for Ni-P-carbon nanotube coatings was 2 gr/lit. Microhardness measurement featured that maximum hardness for both coatings were achieved after heat treatment, because of the formation of crystalline nickel and semicoherent Ni 3 P phases, however, the hardness of Ni-P-CNT coatings was more than that of Ni-P-WS 2 due to excellent load bearing of CNT particles. Wear and friction investigation of coatings proved that Ni-P-WS 2 coatings reduced friction coefficient and created good lubrication in comparison with conventional
یکی از روش‌های ایجاد پوشش‌های کامپوزیتی وارد‌کردن ذرات به پوشش‌های متداول مانند پوشش الکترولس نیکل- فسفر است. به این صورت که رسوب ذرات روانکار جامد به همراه پوشش الکترولس نیکل سبب می‌شود که زمینه سخت پوشش الکترولس، ذرات روانکار نرم را در بر بگیرد و شرایط مناسب‌تری را ایجاد کند. در این پژوهش اثر وارد کردن ذرات روانکار دی‌سولفید تنگستن (WS 2 ) به پوشش الکترولس و تاثیر آن بر خواص اصطکاکی مورد بررسی قرار گرفته است و با تاثیر نانولوله‌های کربنی (CNT) برخواص تریبولوژیکی پوشش الکترولس نیکل مقایسه شده است. به این منظور ذرات WS 2 با غلظت 1، 2، 3، 4 و 5 گرم بر لیتر و ذرات CNT با غلظت 5/1، 2 و 5/2 گرم بر لیتر به پوشش افزوده شدند. هر دو پوشش فوق روی زیرلایه فولاد ساده کربنی ایجاد شدند. مشخصه‌یابی پوشش توسط پراش پرتو ایکس (XRD)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و طیف‌نگاری تفکیک انرژی (EDS) صورت پذیرفت. پوشش الکترولس کامپوزیتی با هر دو ذره تقویت‌کننده دارای ساختاری آمورف است که پس از عملیات حرارتی به کریستاله تبدیل می‌شود؛ پوشش در هر دو حالت با ضخامتی در حدود 20 میکرومتر است. مورفولوژی سطحی پوشش نیز در هر دو حالت به صورت کروی و گل‌کلمی است. در مورد پوشش حاوی ذرات WS 2 مقدار این مناطق و زبری پوشش بیش‌تر است. بررسی رابطه غلظت ذرات در حمام با درصد ذرات به‌دام افتاده درون پوشش‌ها نشان داد که بیشترین مقدار رسوب ذرات برای پوشش Ni-P-CNT در غلظت 2 گرم بر لیتر و برای پوشش Ni-P-WS 2 در غلظت 4 گرم بر لیتر بدست می‌آید. بررسی سختی پوشش در حالت آمورف و پس از عملیات حرارتی توسط دستگاه میکروسختی ویکرز انجام شده است. خواص تریبولوژیکی پوشش توسط روش پین روی دیسک، در بار سایشی 6 و 10 نیوتن و سرعت در حدود 20 سانتی‌متر بر ثانیه بررسی شده است. یافته‌ها نشان می‌دهد که سختی پوشش برای هر دو نوع تقویت‌کننده، بعد از عملیات حرارتی افزایش یافته است، ولی سختی پوشش حاوی ذرات CNT به دلیل استحکام بالای نانولوله‌های کربنی، بیشتر از پوشش حاوی ذرات WS 2 است. نتایج حاصل از آزمون اصطکاک و سایش نشان می‌دهد که استفاده از پوشش Ni-P-WS 2 سبب کاهش ضریب اصطکاک و افزایش روانکاری در مقایسه با پوشش الکترولس Ni-P معمولی شده است، در حالی که مقاومت سایشی نیز نسبتا خوب است. پوشش Ni-P-CNT نیز در مقایسه با پوشش معمولی Ni-P مقاومت سایشی بالاتر و ضریب اصطکاک پایین‌تر دارد ولی محدوده پایداری ضریب اصطکاک آن کم‌تر از پوشش حاوی ذرات دی‌سولفید تنگستن است. بررسی اثر عملیات حرارتی بر خواص تریبولوژیکی پوشش نشان داد که عملیات حرارتی در دمای 400 درجه سانتی‌گراد سبب بهبود خواص سایشی و اصطکاکی برای هر دو پوشش کامپوزیتی شده است. کلمات کلیدی: روانکار جامد، کامپوزیت، دی‌سولفید تنگستن، پوشش الکترولس نیکل- فسفر، نانولوله‌کربنی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی