Skip to main content
SUPERVISOR
Mahmood Monir-vaghefi,Ahmad Saatchi
سيدمحمود منيرواقفي (استاد راهنما) احمد ساعت چي (استاد مشاور)
 
STUDENT
Shahram Alirezaei
شهرام عليرضائي

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1387

TITLE

Synthesis and Characterization of Ni-P-Ag-Al2O3 Hybrid Nanocomposite Coating
In this research, the formation of a novel coating as Ni-P-Ag-Al 2 O 3 hybrid nanocomposite coating as well as the mechanical and tribological behavior of this type of coating. Also, the effect of parameters such as the concentrations of silver and alumina particles and heat treatment process on microstructural changes, mechanical properties, tribological behavior and wear mechanisms are investigated. For this purpose, zeta potential of wetted particles with CTAB cationic surfactant was measured. After the surface preparation of steel samples, the substrates were entered into the composite plating bath and then Ni-P, Ni-P-Ag, Ni-P-Al 2 O 3 and Ni-P-Ag-Al 2 O 3 coatings were deposited by electroless process. Isothermal heat treatment was done at 400°C and mechanical properties of the coatings were evaluated by microhardness and microindentation. The tribological tests were implemented in ambient and high temperatures (~500°C) by pin-on-disc method. The evaluation of microstructure was done by XRD analysis and surface morphology, cross sections of the coatings, wear surfaces and debris were studied by field emission scanning electron microscope and transmission electron microscope. 3D optical profilometry was used to determine the roughness, topography and wear quantities of the coatings. The results showed that the codeposition of alumina and silver particles in composite and hybrid coatings are strongly influenced by zeta potential and the concentration of the particles. Also, heat treatment leads to phase transformation just in the matrix of the coatings within the formation of Ni 3 P secondary phases and then hardness and wear resistance were increased. Comparison between hybrid and composite coatings demonstrated that the tribological properties of Ni-P-Ag-Al 2 O 3 hybrid nanocomposite coating consist of wear resistance of Ni-P-Al 2 O 3 composite coating and lubrication property of Ni-P-Ag coating. The formation of silver rich mixed layer on wear scars was detected as an important factor for self-lubrication in the coatings including silver lubricant particles at low and high temperatures wear. The mean values of friction coefficient were achieved about 0.32 and 0.37 for heat treated Ni-P-Ag coatings and 0.4 and 0.45 for heat treated Ni-P-Ag-Al 2 O 3 at ambient and high temperatures, respectively. In addition, the high temperature wear results showed that the diffusion of silver from inside of the coating to the surface of hybrid and composite coatings containing silver particles leads to the nucleation and formation of additional silver rich layers. These tribofilms produce the self lubrication property at high temperature. Keywords : Electrole Alumina; Silver; Hybrid; Nanocomposite; Tribology; Tribofilm; Self-lubricatio
چکيده: در پژوهش حاضر ضمن ايجاد پوششي نوين از نوع هيبريدي نانوکامپوزيت Ni-P-Ag-Al 2 O 3 ، خواص مکانيکي و تريبولوژيکي اين پوشش، مورد مطالعه قرار گرفته و تأثيرات متغيرهايي نظير غلظت نانوذرات آلومينا و نقره و نيز فرايند عمليات حرارتي بر تغييرات ريزساختار پوشش، خواص مکانيکي، رفتار تريبولوژيکي و مکانيزم‌هاي دخيل در سايش بررسي شده اند. بدين منظور پس از اندازه‌گيري پتانسيل زتا ذرات آغشته به ترکننده کاتيوني CTAB در محلول الکترولس و آماده‌سازي سطحي زيرلايه، نمونه‌هاي فولاد کربني وارد حمام آبکاري کامپوزيتي شده و پوشش‌هاي Ni-P، Ni-P-Ag، Ni-P-Al 2 O 3 و Ni-P-Ag-Al 2 O 3 توسط فرايند الکترولس بر روي نمونه‌هاي مذکور رسوب داده شدند. پس از عمليات حرارتي همدما در دماي °C400، خواص مکانيکي پوشش‌ها توسط ريزسختي سنجي و آزمايش فرو‌رونده ارزيابي شده و آزمايش‌هاي تريبولوژي به روش پين روي ديسک در دماي محيط و دماي بالا (°C500~) انجام شدند. ارزيابي ريزساختار پوشش‌ها توسط آناليز XRD انجام شده و مورفولوژي و سطح مقطع پوشش‌ها و همچنين سطوح سايش و ذرات سايشي توسط ميکروسکوپ الکتروني روبشي گسيل ميداني مجهز به آناليز EDX بررسي شدند. جهت تعيين زبري، توپوگرافي سطوح و مقادير سايش از پروفيلومتر سه بعدي نوري نيز استفاده گرديد. نتايج نشان دادند که هم رسوبي ذرات آلومينا و نقره در پوشش‌هاي کامپوزيتي و هيبريدي به شدت به پتانسيل زتا و اندازه ذرات وابسته هستند. همچنين عمليات حرارتي پوشش‌ها منجر به استحاله فازي صرفاً در زمينه پوشش همراه با ايجاد فازهاي ثانويه Ni 3 P شده و موجب افزايش سختي و مقاومت سايشي گرديده است. مقايسه ميان پوشش‌هاي کامپوزيتي و هيبريدي نشان داد که خواص تريبولوژي پوشش هيبريدي نانوکامپوزيت Ni-P-Ag-Al 2 O 3 تلفيقي از مقاومت سايشي پوشش Ni-P-Al 2 O 3 و خاصيت روانکاري پوشش Ni-P-Ag مي باشد. ايجاد لايه هاي ترکيبي و غني از نقره در سطوح سايش بعنوان عاملي مهم جهت خاصيت خودروانکاري در پوشش‌هاي حاوي ذرات روانکار نقره در سايش دماي پايين و بالا تشخيص داده شد. مقادير ضريب اصطکاک متوسط در دماي محيط و دماي بالا براي پوشش‌هاي عمليات حرارتي شده Ni-P-Ag به ترتيب در حدود 32/0 و 37/0 و براي پوشش عمليات حرارتي شده Ni-P-Ag-Al 2 O 3 به ترتيب در حدود 4/0 و 45/0 بدست آورده شدند. همچنين نتايج سايش دماي بالا نشان دادند که بعلت نفوذ نقره از داخل پوشش به سطح سايش در پوشش‌هاي کامپوزيتي و هيبريدي حاوي ذرات روانکار، شرايط براي جوانه‌زني و ايجاد لايه‌هاي مضاعف از تريبوفيلم غني از نقره در مسير سايش فراهم شده و باعث ايجاد خاصيت خودروانکاري در دماي بالا شده است. کلمات کليدي : الکترولس، آلومينا، نقره، هيبريد، نانوکامپوزيت، تريبولوژي، تريبوفيلم، خودروانکاري

ارتقاء امنیت وب با وف بومی