Skip to main content
SUPERVISOR
Ahmad Saatchi,Mahmood Monir-vaghefi
احمد ساعت چی (استاد مشاور) سیدمحمود منیرواقفی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mostafa Alishahi
مصطفی علیشاهی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1385

TITLE

Formation and Investigation of Corrosion and Tribological Behaviour of Electroless Ni-P-CNT composite coating
Carbon nanotubes (CNTs) have super-strong mechanical characteristics and unique hollow nanotube structure and are believed as very ideal materials for fabricating the excellent composites. In this study, Ni-P-CNT composite coatings with different contents of carbon nanotube (0.5-2.5 wt.%) on the surface of copper was proposed by electroless plating. The Scanning Electron Microscopy (SEM) was used to characterize the coatings. The SEM results showed that the thickness of the coatings was about 30µm and the deposited coatings had nodular features with a typical cauliflower-like structure and uniformly dispersed CNT in the nickel matrix. The effects of CNT concentration in the bath on the microstructure of the composite coatings, CNT content in the composite coatings and the hardness of composite coatings were studied. It was found that with increasing CNT concentration, both the CNT content in the composite coatings and the hardness of composite coatings increased at first and then decreased. The microstructural characterization was done by means of x-ray diffraction. It was found that the heat treatment induces structural changes. As-deposited coatings exhibit broadened x-ray reflections, which indicates a semi-amorphous structure. Heat treatment decreased the amorphous phase. In addition, the final equilibrium phases were Ni 3 P and Ni crystals with a nanocrystalline size. The maximum hardness was achieved in the specimens heat treated 400°C for 1.5 hours. The reason could be the formation of stable intermetallic Ni 3 P phase at this temperature, which acts as a precipitation hardener. The corrosion behavior of the composite coatings was evaluated by polarization curves and electrochemical impedance spectroscopy in 3.5wt% NaCl solutions at room temperature. It was found that the corrosion resistance of Ni–P-CNT composite coatings is excellent in comparison with that of Ni-P coatings. According to the results, with increasing the CNT concentration, corrosion rate decreases at first and then increases. The results showed that the incorporation of CNT in Ni-P coatings is advantageous for formation of better passive films. The corrosion resistance of the coatings indicates that increasing the temperature to 400°C leads to an increase in corrosion resistance followed by a decrease in higher temperatures. Heat treatment at the temperatures less than 400°C leads to the crystallization of the amorphous phase. This phenomenon results in the increase in the number of grain boundaries which is suitable for nucleation of passive film. Therefore, the heat treatment of electroless Ni-P-CNT composite coatings at the temperatures less than 400°C forms denser passive films and significantly increases their Keywords Carbon nanotube, Electroless plating, Composite, Corrosion, Wear, Friction coefficient.
نانولوله‌های‌کربنی (CNTs) به دلیل دارا بودن استحکام بسیار بالا و ساختار لوله‌ای شکل منحصر به فرد، به عنوان موادی ایده‌آل جهت ساخت برخی از انواع کامپوزیت‌ها شناخته شده‌اند. در این پژوهش پوشش کامپوزیتی Ni-P-CNT حاوی درصدهای مختلف CNT با استفاده از روش الکترولس بر روی زمینه مسی رسوب داده شد و اثر درصد مشارکت CNT در پوشش و همچنین دمای عملیات حرارتی بر روی خواص مکانیکی، رفتار خوردگی و تریبولوژیکی پوشش مورد بررسی قرار گرفت. بدین‌منظور با استفاده از حمام‌های آبکاری الکترولس حاوی غلظت‌های 5/0، 1، 5/1، 2و 5/2 گرم بر لیتر نانولوله‌کربنی به ترتیب پوشش‌هایی حاوی 2/3، 6/5، 1/6، 11 و 7/8 درصدوزنی نانولوله‌کربنی بدست آمد. مشخصه‌یابی پوشش‌ها به کمک آنالیز پراش پرتو ایکس (XRD)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و طیف‌نگاری تفکیک انرژی (EDS) صورت پذیرفت. نتایج، رسوب پوششی نیمه‌آمورف با ساختاری گل‌کلمی شکل به ضخامت ?m 30 را نشان داد. نانولوله‌ها در پوشش از توزیع یکنواختی برخوردار بوده و عملیات حرارتی سبب کریستالیزاسیون پوشش و رسوب فاز سخت فسفید نیکل (Ni 3 P) در زمینه نیکلی شده است. در ادامه با استفاده از یک دستگاه میکروسختی‌سنج، سختی پوشش‌های حاصل در دو حالت پیش و پس از عملیات حرارتی اندازه‌گیری شد و اثر درصد مشارکت نانولوله‌ها در پوشش و دمای عملیات حرارتی بر سختی پوشش‌ها مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج سختی‌سنجی نشان داد که غلظت 2 گرم بر لیتر نانولوله‌کربنی در حمام آبکاری و عملیات حرارتی به مدت 5/1 ساعت در دمای 400 درجه سانتی‌گراد به ترتیب به علت درصد مشارکت بالای نانولوله‌ها در پوشش و رسوب فاز سخت Ni 3 P بالاترین سختی را سبب می‌شوند. رفتار خوردگی پوشش‌ها در محیط 5/3 درصدوزنی کلریدسدیم با استفاده از آزمون پلاریزاسیون تافل و روش طیف‌نگاری امپدانس الکتروشیمیایی (EIS) مورد ارزیابی قرار گرفت. با بررسی اثر غلظت CNT در حمام آبکاری بر روی رفتار خوردگی پوشش‌ها مشخص شد که پوشش حاصل از حمام حاوی 5/1 گرم بر لیتر نانولوله‌کربنی، بیشترین مقاومت خوردگی را از خود نشان می‌دهد. توزیع مناسب نانولوله‌ها در پوشش، پایداری شیمیایی بسیار بالای نانولوله‌ها و نقش آن‌ها در اصلاح لایه نیکلی و تسریع پسیواسیون نیکل سبب کاهش نرخ خوردگی در این پوشش شده است. همچنین با بررسی اثر دمای عملیات حرارتی بر رفتار خوردگی پوشش‌ها مشخص شد که افزایش دمای عملیات حرارتی تا 400 درجه سانتی‌گراد سبب توزیع بهتر نانولوله‌ها در پوشش، تنش‌زدایی و کاهش دانسیته عیوب می‌شود و بدین‌وسیله رفتار خوردگی پوشش را بهبود می‌بخشد. ارزیابی رفتار تریبولوژیکی پوشش‌ها توسط آزمون پین روی دیسک نشان داد که استحکام بسیار بالا و خاصیت خودروانکاری نانولوله‌های‌کربنی سبب کاهش ضریب اصطکاک و افزایش مقاومت سایشی در پوشش‌های Ni-P-CNT می‌شود، به نحوی که با افزایش درصد مشارکت نانولوله‌ها، در پوشش حاصل از حمام آبکاری با غلظت 2 گرم بر لیتر نانولوله‌کربنی که بیشترین درصد مشارکت نانولوله‌ها در پوشش را دارا است، ضریب اصطکاک تا حدود 2/0 و نرخ سایش تا حدود mm 3 /Nm 6- 10×16 کاهش یافت. کلمات کلیدی: نانولوله‌کربنی، پوشش الکترولس نیکل-فسفر، کامپوزیت، مقاومت خوردگی، سایش، ضریب اصطکاک.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی