Skip to main content
SUPERVISOR
Roohollah Bagheri,Mohammad Hossei Enayati,Mehdi Salehi,Masoud Panepour
روح اله باقری (استاد مشاور) محمدحسین عنایتی (استاد مشاور) مهدی صالحی (استاد راهنما) مسعود پنجه پور (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mehdi Hedayati
مهدی هدایتی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1386

TITLE

Fabrication, tribological and microstructural characterization of PEEK/SiO2 polymer matrix nanocomposite coatings on the plain carbon steel substrate
In this research work, fabrication, tribological and icrostructural characterization of polyether ether ketone (PEEK)/SiO 2 polymer nanocomposite coatings were investigated. In this order, the amorphous and semi-crystalline PEEK and PEEK/10 vol% SiO 2 coatings were deposited on the plain carbon steel (st37) substrate by means of the electrostatic powder spray technique. The nanocomposite powder was prepared by high energy ball milling. Before milling, to achieve a good dispersion and strong interface, silica nanoparticles were surface modified using a silane coupling agent, (3-glycidoxypropyltrimethoxysilane) and characterized by means of furrier transformed infrared spectrophotometer (FTIR), transmission electron microscope (TEM) and Light transmittance (LT) measurement. The morphological and particle size distribution changes, crystalline structure and thermal behavior of the obtained nanocomposite during milling process were evaluated by scanning electron microscope (SEM), laser particle size analyzer (LPSA), X-ray diffractometer (XRD) and differential scanning calorimeter (DSC), respectively. The electrostatic spray parameters and processing time and temperature to obtain a uniform coating were determined. The coatings were studied in the terms of surface and cross-section quality, crystalline structure, dispersion and distribution of nanoparticles in the polymer matrix and molecular bond structure using the optical and scanning/transmission electron microscopes (OM and SEM/TEM), XRD and FTIR, respectively. The coatings hardness and their adhesion strength were evaluated by Vickers microhardness and pull-off tests. The tribological behaviors of the coatings were investigated using pin-on-disk test. The results indicated that dispersion and distribution of the surface modified nanoparticles were more uniform and homogeneous in PEEK matrix than the unmodified ones. The hardness of the semi-crystalline pure PEEK coatings was higher than the amorphous one but their adhesion strength was lower. However, the hardness and adhesion strength of the nanocomposite coatings improved significantly than the pure PEEK coatings and also, their sensitivity to the crystallinity of the coating decreased remarkably. It was also found that the wear and frictional behavior of the semi-crystalline coatings were better than the amorphous ones. However, the presence of the surface modified silica nanoparticles caused the improvement of wear rate but increase in the friction coefficient. The wear mechanisms of each crystalline and amorphous PEEK and nanocomposite coatings were studied using the SEM observations of wear tracks.
ساخت و مشخصه یابی ریزساختاری و تریبولوژیکی پوشش های نانوکامپوزیتی پلیمری پلی اتراترکتون (PEEK)/سیلیکا مورد بررسی قرار گرفته شد. بدین منظور، پوشش های نیمه بلوری و آمورف PEEK و نانوکامپوزیتیPEEK/10 vol% SiO 2 توسط روش پاشش الکترواستاتیکی پودر بر روی زیرلایه hy;هایی از فولاد ساده کربنی (st37) ایجاد شدند. پودر نانوکامپوزیت مورد نظر به روش آسیاب کاری گلوله ای پر انرژی ساخته شد. قبل از فرایند آسیاب کاری، به منظور کاهش میزان آگلومره شدن نانوذرات سیلیکا و بهبود درجه ی توزیع و پخش آنها در زمینه، و همچنین افزایـش استحکــام فصـل مشترک آنـها با زمـینه ی پلیمــری، نانـوذرات سیلیکـای اولیـه توسط عامـل پیـوند سیلانــی "3- گلیسیدوکسی پروپیل تری متوکسی سیلان"، (GPTMS)، اصلاح سطح شدند. ارزیابی اصلاح سطح نانوذرات توسط طیف نگاری مادون قرمز با تبدیل فوریه (FTIR)، میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) و سنجش میزان عبور نور (LT) انجام شد. تغـییرات مرفولوژیکـی، ساختار کـریستالی، تغییرات توزیع اندازه ذرات و رفتار حرارتی نانوکامپـوزیت حاصـله حین آسیاب کاری به ترتیب توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، تفرق اشعه X (XRD)، آنالیزگر لیزری اندازه ذرات و آنالیز حرارتی دیفرانسیلی (DSC) مورد بررسی قرار گرفتند. پارامترهای پاشش الکترواستاتیکی و نیز دما و زمان ذوب برای دستیابی به پوشش های بهینه تعیین شدند. پوشش ها از نظر کیفیت سطحی و سطح مقطع، ساختار بلوری، توزیع نانوذرات در زمینه و ساختار ملکولی، به ترتیب توسط میکروسکوپ های نوری و الکترونی روبشی/ عبوری (SEM/TEM)، XRD و طیف نگاری مادون قرمز با تبدیل فوریه (FTIR) ارزیابی شدند. سختی پوشش ها و استحکام چسبندگی آنها به زیرلایه، به ترتیب، توسط آزمون های میکروسختی ویکرز و استحکام چسبندگی Pull-off بررسی شدند. رفتار تریبولوژیکی پوشش ها نیز توسط آزمون سایش پین روی دیسک مورد مطالعه قرار گرفتند. نتایج نشان دادند که سختی پوشش های نیمه بلوری PEEK خالص نسبت به آمورف بیشتر ولی استحکام چسبندگی آنها کمتر است. با این وجود، سختی و استحکام چسبندگی پوشش های نانوکامپوزیتی تقویت شده با نانوذرات اصلاح سطح شده، به طور قابل توجهی نسبت به پوشش های PEEK خالص بهبود و حساسیت آنها به بلورینه یا آمورف بودن پوشش ها تا حد زیادی کاهش یافتند. اما، پوشش های نانوکامپوزیتی پرشده با نانوذرات اصلاح سطح نشده، چسبندگی ضعیف تری را نسبت به پوشش های خالص نشان دادند. همچنین، پوشش های PEEK خالص نیمه بلوری رفتار سایشی- اصطکاکی بهتری را نسبت به پوشش های آمورف داشتند. حضور نانوذرات سیلیکای اصلاح سطح شده باعث افزایش ضریب اصطکاک ولی بهبود روند کاهش وزن آنها شد. اما در مورد نانوذرات اصلاح سطح نشده، حضور آنها سبب تضعیف شدید رفتار تریبولوژیکی پوشش ها شد. با توجه به مشاهدات SEM سطوح سایش و نمودارهای ضریب اصطکاک و کاهش وزن، مکانیزم های سایش چسبان، خراشان خیش ریز و خستگی سطحی برای پوشش های PEEK آمورف و مکانیزم های چسبان و تا حدودی خراشان خیش ریز برای پوشش نیمه بلوری تعیین شدند. در مورد پوشش های نانوکامپوزیتی اصلاح سطح شده، مکانیزم خراشان سه جسمی و چسبان (ولی با شدت کمتر نسبت به پوشش های خالص) دیده شد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی