Skip to main content
SUPERVISOR
Mohmmad ali Golozar,Kaivan Raissi
محمدعلی گلعذار (استاد راهنما) کیوان رئیسی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Amin Hakimizad
امین حکیمی زاد

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1391
Plasma electrolytic oxidation is a novel improved anodizing method for surface engineering of light alloys specially aluminum alloys. There are several parameters affecting the coating quality and properties. This study investigated effects of the most two important parameters i.e., the current waveform and sodium tungstate additive on the Al 2 O 3 /TiO 2 plasma electrolytic oxidation nano-composite coatings. The evaluations showed that the nano-particles incorporated efficiently in the coating formation. X-Ray diffraction patterns showed that the nano-particles are inertly incorporated into the coatings. However, phase structure of the coating remained unchanged by the nano-particles incorporation. Although the zeta-potential of TiO 2 nano-particles is minus, changing the waveform from unipolar to bipolar and also increasing the cathodic duty cycle of the waveform changed neither the embedded content nor the uniformity of the nano-particles distributions on surface and cross-section of the coatings. The examination of SEM images of surface and cross-section of the coatings revealed that the morphology of the coatings is severely dependent on the applied waveform. Increasing the cathodic duty cycle of the waveform altered the morphology from pancake to crater and the addition of nano-particles and sodium tungstate did not affect this alteration. More thickness, roughness, compactness (less porosity) and hence the more corrosion resistance were achieved by using the waveform with wider cathodic duty cycle. The simultaneous incorporation of nano-particles and using uni-polar waveform decreased the thickness, increased the micro-cracks and widened the micro-pores. The short-term corrosion resistance of composite coatings produced by bi-polar waveforms were found lower than the simple coatings, but their long-term corrosion resistance was enhanced through “repairing mechanism”. The results revealed that the pore-plugging in the inner compact layer which is the main mechanism of repairing is more effective for the coatings produced by the waveform with wider cathodic duty cycle. Thus, the coatings with more intrinsic resistance benefits more from repairing mechanism. Voltage-time response graphs did not represent any difference by adding nano-particles to the electrolyte and in contrary, the voltage of all steps decreased by adding sodium tungstate additive. However, in contrast to nano-particles, by increasing the cathodic duty cycle of the waveform, the incorporation of tungstate anions, and hence, the tungsten content in the coating was decreased. Therefore, it was suggested that the incorporation of nano-particles is mechanical trapping enhanced electrophoretic while the incorporation of tungstate anions is just through electrostatic forces. The sodium tungstate additive led to create “pore band” when using uni-polar waveform which severely decreased the corrosion resistance. By using bi-polar waveform, the “pore band” was eliminated and the porosity decreased as well. The results showed that the tungsten-containing PEO coatings which are produced by bipolar waveforms benefit from repairing mechanism. The wear test results showed that decreasing the porosity and increasing the roughness contradict each other in a way that the wear resistance of the coatings remains unchanged. The nano-particles were found beneficial when the bipolar waveform with 20% cathodic duty cycle was applied while they were found detrimental for wear behavior of the coatings formed by unipolar and bipolar waveform with 40% cathodic duty cycle. It was found that the wear behavior of the PEO coatings are determined by load bearing capacity or coefficient of friction. The former is dependent on the thickness and porosity of the coatings while the latter is dependent on vertical load on ball, morphology and roughness of the coatings. The results showed that in contrast to the corrosion behavior of the coatings, the craters were essentially effective in wear behavior. The coatings produced by unipolar waveform have low load bearing capacity because of the low thickness and high porosity, thus, they showed low wear resistance. However, the wear mechanisms of the coatings produced by bipolar waveforms could be abrasion wear or brittle fracture. The results showed that the variation in chemical composition of the coatings arising from additives or waveforms did not play a significant role in wear behavior. Keywords: Plasma electrolytic oxidation; Aluminum; Coating; Alumina; Titania, Additive, Sodium tungstate, Corrosion, Wear
اکسیداسیون الکترولیتی پلاسمایی روشی نوین و ارتقا یافته از روش شناخته‌شده آندایزینگ برای مهندسی سطح آلیاژهای سبک، ازجمله آلومینیوم است. متغیرهای زیادی بر کیفیت و خواص پوشش تأثیرگذارند که در این پژوهش به اثر دو متغیر مهم یعنی شکل?موج جریان اعمالی و افزودنی تنگستات سدیم بر خواص پوشش?های اکسیداسیون الکترولیتی پلاسمایی نانوکامپوزیتی آلومینا/تیتانیا پرداخته شده است. مطالعات نشان داد که نانوذرات در الکترولیت به‌خوبی در فرایند تشکیل پوشش مشارکت کرده و پوشش?های ?نانوکامپوزیتی را ایجاد می?نمایند. فازیابی پراش پرتو ایکس پوشش?ها ?نشان داد که نانوذرات تیتانیا به‌صورت خنثی و بدون تغییر فاز وارد پوشش شده?اند و باعث تغییری در ساختار فازی زمینه پوشش نیز نشده?اند. همچنین، علی?رغم پتانسیل زتای منفی نانوذرات تیتانیا داخل الکترولیت، تغییر نوع شکل?موج از تک?قطبی به دوقطبی و افزایش پهنای نیم?چرخه کاتدی شکل?موج تأثیری در میزان ورود و یکنواختی توزیع نانوذرات در سطح و سطح‌مقطع پوشش ندارد. بررسی تصاویر میکروسکوپی الکترونی از سطح و مقطع پوشش?ها ?نشان داد که مورفولوژی پوشش?ها ?به‌شدت وابسته به شکل?موج اعمالی است. مشخص شد که افزایش نیم?چرخه کاتدی شکل?موج استفاده‌شده برای پوشش‌دهی، مورفولوژی را از پنکیکی به دهانه آتش‌فشانی تغییر می?دهد و اضافه شدن نانو?ذرات و افزودنی تنگستات سدیم به الکترولیت این موضوع را تحت تأثیر قرار نمی?دهد. ضخامت بیشتر، زبری بیشتر، تخلخل کمتر و درنتیجه مقاومت به خوردگی بیشتر با افزایش نیم?چرخه کاتدی برای پوشش?های ?ایجادشده در هر سه الکترولیت سیلیکاتی ساده، کامپوزیتی و کامپوزیتی حاوی افزودنی به دست آمد. افزوده شدن نانوذرات به الکترولیت در حالت استفاده از شکل?موج تک?قطبی باعث کاهش ضخامت پوشش، افزایش میکروترک?ها ?و بزرگ‌تر شدن میکروحفره?ها ?گردید. همچنین، در مورد پوشش?های ?کامپوزیتی ایجادشده با شکل?موج دوقطبی، مقاومت به خوردگی کوتاه‌مدت نسبت به پوشش?های ?ساده کاهش یافت اما مقاومت به خوردگی بلندمدت از طریق تقویت خاصیت "خود ترمیمی" افزایش یافت. نتایج نشان داد که پدیده "خود ترمیمی" که از بسته شدن حفره?های ?ریز داخل لایه داخلی اتفاق می?افتد در مورد پوشش?های ?ایجادشده با شکل?موج دوقطبی با نیم?چرخه کاتدی بیشتر، مؤثرتر است. بنابراین پوشش?هایی که مقاومت ذاتی بیشتری دارند، از پدیده "خود ترمیمی" نیز بیشتر بهره می?برند. با بررسی منحنی?های ?ولتاژ-زمان برای پوشش?ها ?مشخص شد که اضافه شدن نانوذرات تیتانیا به الکترولیت تأثیری بر ولتاژ موردنیاز برای پوشش‌دهی ندارد اما اضافه شدن افزودنی تنگستات سدیم، ولتاژ تمامی مراحل فرایند را کاهش می?دهد. همچنین، با افزایش نیم?چرخه کاتدی برای پوشش?های ?ایجادشده در الکترولیت کامپوزیتی حاوی افزودنی، برخلاف نانوذرات تیتانیا، مقدار مشارکت آنیون?های ?تنگستات و به‌تبع آن تنگستن واردشده در پوشش کاهش می?یابد. بر این اساس پیشنهاد شد که سازوکار ورود نانوذرات درون پوشش?ها ?الکتروفورتیک تقویت‌شده با جذب فیزیکی است اما سازوکار مشارکت آنیون?های ?تنگستات صرفاً الکتریکی است. افزودنی تنگستات سدیم در حالت شکل?موج تک?قطبی منجر به به وجود آمدن نوار حفره?ها ?در فصل‌مشترک زیرلایه/پوشش شد و ازاین‌رو مقاومت به خوردگی به‌شدت کاهش یافت. با استفاده از شکل?موج دوقطبی، نوار حفره?ها ?حذف شد و میزان تخلخل به‌صورت چشمگیری کاهش یافت. نتایج نشان داد که پوشش?های ?اکسیداسیون الکترولیتی پلاسمایی نانوکامپوزیتی حاوی افزودنی تولیدشده با شکل?موج دوقطبی نیز از پدیده "خود ترمیمی" بهره می?برند. نتایج آزمون سایش نشان داد که کاهش تخلخل، اما افزایش زبری، می ?توانند در جهت معکوس باهم عمل کنند به‌طوری‌که اثر یکدیگر را خنثی کرده و مقاومت سایشی پوشش تغییر چندانی نداشته باشد. افزایش نانوذرات تیتانیا به الکترولیت پوشش?دهی می?تواند در شکل?موج خاصی (دوقطبی با 20 درصد چرخه?کاتدی) مفید واقع شود ولی در شکل?موج?های دیگر (تک?قطبی و دوقطبی با 40 درصد چرخه?کاتدی) رفتار سایشی را تضعیف کند. همچنین مشخص شد که رفتار سایشی پوشش?های اکسیداسیون الکترولیتی پلاسمایی یا تحت تأثیر بارپذیری پوشش است که در این صورت ضخامت و تخلخل پوشش تعیین?کننده رفتار سایشی هستند و یا تحت تأثیر ضریب اصطکاک است که بیشتر به مورفولوژی و زبری سطح نمونه?ها وابسته است. ازاین‌رو، تأثیر افزودنی یا شکل‌موج باید بر ضخامت، تخلخل، مورفولوژی و زبری سطح مورد توجه قرار گیرد. نتایج نشان داد تغییرات ترکیب شیمیایی به‌واسطه تغییر شکل?موج یا افزودنی در خواص سایشی نقش کمتری دارند. نتایج نشان داد که در مورد رفتار سایشی نمونه?ها، در تمایز با رفتار خوردگی، مورفولوژی دهانه آتش‌فشانی‌ و قله?های ایجاد شده روی سطح نیز مشکل?ساز هستند.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی