Skip to main content
SUPERVISOR
Fakhreddin Ashrafizadeh,Mahmood Monir-vaghefi
سيدفخرالدين اشرفي زاده (استاد راهنما) سيدمحمود منيرواقفي (استاد مشاور)
 
STUDENT
Iman Sivandi poor
ايمان سيوندي 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
چکيده يکي از روش‌هاي ايجاد پوشش‌هاي کامپوزيتي وارد‌کردن ذرات به پوشش‌هاي متداول مانند پوشش الکترولس نيکل- فسفر است. به اين صورت که رسوب ذرات روانکار جامد به همراه پوشش الکترولس نيکل سبب مي‌شود که زمينه سخت پوشش الکترولس، ذرات روانکار نرم را در بر بگيرد و شرايط مناسب‌تري را ايجاد کند. در اين پژوهش اثر وارد کردن ذرات روانکار دي‌سولفيد تنگستن (WS 2 ) به پوشش الکترولس و تاثير آن بر خواص اصطکاکي مورد بررسي قرار گرفته است و با تاثير نانولوله‌هاي کربني (CNT) برخواص تريبولوژيکي پوشش الکترولس نيکل مقايسه شده است. به اين منظور ذرات WS 2 با غلظت 1، 2، 3، 4 و 5 گرم بر ليتر و ذرات CNT با غلظت 5/1، 2 و 5/2 گرم بر ليتر به پوشش افزوده شدند. هر دو پوشش فوق روي زيرلايه فولاد ساده کربني ايجاد شدند. مشخصه‌يابي پوشش توسط پراش پرتو ايکس (XRD)، ميکروسکوپ الکتروني روبشي (SEM) و طيف‌نگاري تفکيک انرژي (EDS) صورت پذيرفت. پوشش الکترولس کامپوزيتي با هر دو ذره تقويت‌کننده داراي ساختاري آمورف است که پس از عمليات حرارتي به کريستاله تبديل مي‌شود؛ پوشش در هر دو حالت با ضخامتي در حدود 20 ميکرومتر است. مورفولوژي سطحي پوشش نيز در هر دو حالت به صورت کروي و گل‌کلمي است. در مورد پوشش حاوي ذرات WS 2 مقدار اين مناطق و زبري پوشش بيش‌تر است. بررسي رابطه غلظت ذرات در حمام با درصد ذرات به‌دام افتاده درون پوشش‌ها نشان داد که بيشترين مقدار رسوب ذرات براي پوشش Ni-P-CNT در غلظت 2 گرم بر ليتر و براي پوشش Ni-P-WS 2 در غلظت 4 گرم بر ليتر بدست مي‌آيد. بررسي سختي پوشش در حالت آمورف و پس از عمليات حرارتي توسط دستگاه ميکروسختي ويکرز انجام شده است. خواص تريبولوژيکي پوشش توسط روش پين روي ديسک، در بار سايشي 6 و 10 نيوتن و سرعت در حدود 20 سانتي‌متر بر ثانيه بررسي شده است. يافته‌ها نشان مي‌دهد که سختي پوشش براي هر دو نوع تقويت‌کننده، بعد از عمليات حرارتي افزايش يافته است، ولي سختي پوشش حاوي ذرات CNT به دليل استحکام بالاي نانولوله‌هاي کربني، بيشتر از پوشش حاوي ذرات WS 2 است. نتايج حاصل از آزمون اصطکاک و سايش نشان مي‌دهد که استفاده از پوشش Ni-P-WS 2 سبب کاهش ضريب اصطکاک و افزايش روانکاري در مقايسه با پوشش الکترولس Ni-P معمولي شده است، در حالي که مقاومت سايشي نيز نسبتا خوب است. پوشش Ni-P-CNT نيز در مقايسه با پوشش معمولي Ni-P مقاومت سايشي بالاتر و ضريب اصطکاک پايين‌تر دارد ولي محدوده پايداري ضريب اصطکاک آن کم‌تر از پوشش حاوي ذرات دي‌سولفيد تنگستن است. بررسي اثر عمليات حرارتي بر خواص تريبولوژيکي پوشش نشان داد که عمليات حرارتي در دماي 400 درجه سانتي‌گراد سبب بهبود خواص سايشي و اصطکاکي براي هر دو پوشش کامپوزيتي شده است. کلمات کليدي: روانکار جامد، کامپوزيت، دي‌سولفيد تنگستن، پوشش الکترولس نيکل- فسفر، نانولوله‌کربني

ارتقاء امنیت وب با وف بومی