SUPERVISOR
Behzad Niroumand,Mahmood Monir-vaghefi
بهزاد نيرومند (استاد مشاور) سيدمحمود منيرواقفي (استاد راهنما)
STUDENT
Ehsan Rezaporian Ghahfarokhi
احسان رضاپوريان قهفرخي
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1388
TITLE
Implementation and Investigation of Ni-P-Cr2C3-NiCr Composite Coating Properties on stainless steel Bases by Melting and Solidification Hybrid Method
Nickel electroless is one way of achieving of coating on metallic and non-metallic surfaces. The electroless coatings is under consideration in recent decades due to their unique characteristics, such as hardness and wear resistance, high temperature tolerance up to 800 °C, the coating thickness uniformity, ease of maintenance and affordable. One of the first industrial applications of this type of coatings is use of Ni-P alloys as corrosion protective coating. Deposition of fine ceramic particles with Ni-P electroless base to achieve a uniform composite coating is a key development in this field of research. Composite coatings have used widely in coating industrial due to their collection of specific characteristics in the field of corrosion resistance, wear resistance and utilization in high temperature and also properties of the solid particles of secondary phase such as high hardness and smoothness. Chromium carbide powder as reinforcement phase in the coating has high hardness and presented of this powder in coating increases total hardness. In addition, chromium carbide powder used in this study, covered a nickel - chromium carbide powder around which enhances the adhesion of chromium to nickel-phosphorus. Chromium carbide particles suspended in the bath so electroless Ni-P coating was put on it. The powder was distributed on stainless steel substrate and furnace set to a temperature of 1050 °C and heated to nickel - phosphorus around on particles melt and quench in water. Analysis showed that the particle size of the coating around on particles is not enough to fully cover the substrate surface and engendered high porosity in the structure. For restitution of lack of Ni-P coating, condition of the bathroom is unstable to Ni-P coating precipitated alone. Electroless Ni-P deposits that get to the bath, were coated both alone and with chromium carbide powder onto the substrate using melt – solidification method. samples was placed under the 600 °C and within 1 hour heat treatment cycle. Coatings are also used for optical microscopic, microhardness measurement, X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscope (SEM) equipped with an analyzer (EDAX) were evaluated. The results showed that solidified Ni-P coatings on stainless steel substrate without heat treatment has about 1000 Vickers that toward coating hardness of the electroless method is about 20 percent higher. Reason of the increasing of hardness is obtaining crystalline structure Ni 3 P in solidification process. Hardness of coatings containing chromium carbide particles toward the sample without reinforcing particles was higher than 200 Vickers. Heat treatment of coating causes the forming of the phase (Ni 5 P 2 ) in substrate and spheroidising of needle shape dendrites in the primary nickel in coating and about 30 percent reduction were found in hardness of coating due to nickel grain growth and reduction of solid phase Ni 3 P compared to preheat treatment. Keywords: composite coating, nickel-phosphorus electroless, melt and solidification, heat treatment, Chromium carbide
چکيده الکترولس نيکل يکي از راه هاي دستيابي به پوشش بروي سطوح مختلف فلزي و غير فلزي است. پوشش هاي الکترولس در چند دهه اخير به دليل خصوصيات منحصر به فرد نظير سختي و مقاومت به سايش بالا، قابليت تحمل دماي بالاي 800 درجه سانتي گراد، يکنواختي ضخامت نهايي پوشش، سهولت در پوشش دهي و قيمت مناسب مورد توجه قرار گرفته است. آلياژهاي Ni-P به عنوان پوشش محافظ در مقابل خوردگي از اولين کاربرد هاي صنعتي اين نوع از پوشش دهي مي باشد. رسوب دهي ذرات سراميکي ريز به همراه زمينه الکترولس Ni-P جهت دستيابي به يک پوشش کامپوزيتي يکنواخت يک پيشرفت کليدي در اين عرصه از تحقيقات است. پوشش هاي کامپوزيتي با توجه به دارا بودن مجموعه اي از خواص ويژه در زمينه فلزي مثل مقاومت به خوردگي، مقاومت به سايش و کارايي در دماي بالا و همچنين خواص ذرات جامد فاز دوم مانند سختي بالا، روانکاري به سرعت جاي خود را در صنعت پوشش دهي باز کرده است. پودر کاربيد کروم به عنوان فازتقويت کننده در پوشش، سختي بالايي دارد و حضور آن در پوشش باعث افزايش سختي کل پوشش مي شود. به علاوه پودر کاربيد کروم مورد استفاده در اين پژوهش داراي پوشش نيکل-کروم در اطراف خود مي باشد که باعث افزايش چسبندگي پودر کاربيد کروم به زمينه نيکل فسفر خواهد شد. براي اينکار ذرات کاربيد کروم به صورت معلق درون حمام الکترولس قرار داده و روي آن پوشش نيکل فسفر داده شد. سپس پودر برروي زيرلايه فولاد زنگ نزن توزيع شد و مجموعه داخل کوره تا دماي 1050 درجه سانتي گراد حرارت داده شد تا پوشش نيکل-فسفر پيرامون ذرات ذوب و سپس درون آب کوئنچ شد. آناليزها نشان داد حجم پوشش پيرامون ذرات به قدري نيست که سطح زيرلايه را به طور کامل بپوشاند و تخلخل بالايي در ساختار به جود آمد. براي جبران کمبود پوشش Ni-P، شرايط حمام را ناپايدار کرده تا پوشش Ni-P به تنهايي رسوب کند. رسوبات Ni-P به دست آمده از حمام الکترولس را به تنهايي و هم با پودر کاربيد کروم برروي زيرلايه با استفاده از روش ذوب-انجماد پوشش داده شد. نمونه ها تحت سيکل عمليات حرارتي 600 درجه سانتي گراد و مدت 1يک ساعت قرار داده شد. همچنين پوشش ها با استفاده از مطالعات ميکروسکوپي نوري، ميکروسختي سنجي، پراش پرتو ايکس (XRD) و ميکروسکوپ الکتروني روبشي (SEM) مجهز به آناليز(EDS) مورد ارزيابي قرار گرفتند. نتايج نشان داد که پوشش نيکل فسفر منجمد شده بروي زيرلايه فولاد زنگ نزن بدون انجام عمليات حرارتي سختي حدود 1000 ويکرز دارد که نسبت به سختي پوشش در روش الکترولس حدود 20 درصد بالاتر است. دليل افزايش سختي، حصول ساختار کريستالي Ni 3 P در فرآيند انجماد است. سختي پوشش حاوي ذرات کاربيد کروم نسبت به نمونه بدون ذرات تقويت کننده حدود 200 ويکرز بالاتر بود. عمليات حرارتي پوشش باعث تشکيل فاز(Ni 5 P 2 ) در زمينه وکروي شدن دندريت هاي سوزني شکل نيکل اوليه در پوشش شد و سختي پوشش به دليل رشد دانه هاي نيکل و کاهش فاز سخت Ni 3 P کاهشي حدود 30 درصد نسبت به حالت قبل از عمليات حرارتي داشت. کلمات کليدي: پوشش کامپوزيتي، الکترولس نيکل فسفر، ذوب و انجماد، عمليات حرارتي، کاربيد کروم