SUPERVISOR
Amir Alhaji,Masoud Atapoor,Hamidreza Salimi jazi
امیر الحاجی خوراسگانی (استاد مشاور) مسعود عطاپور (استاد راهنما) حمیدرضا سلیمی جزی (استاد راهنما)
STUDENT
Ebrahim Mortezanejad
سیدابراهیم مرتضانژادی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1395
TITLE
Investigation and comparison of corrosion and wear behavior of PEO/PTFE nanocomposite coatings fabricated in base-aluminate and phosphate electrolyts on AZ80 magnesium alloy
Comparison of corrosion and wear behavior of PEO/PTFE nanocomposite coatings in base-aluminate and phosphate electrolytes on AZ80 magnesium alloy In this study, the effect of adding polytetrafluoroethylene (PTFE) polymeric nanoparticles on the wear and corrosion behavior of plasma electrolytic oxidation coatings composed of base-aluminate and phosphate electrolytes on AZ80 magnesium alloy has been investigated. An analysis of the Energy distribution map of elements with a scanning electron microscope from the surface of the coatings indicates that the PTFE particles have significantly sealed the surface porosity. The x-ray diffraction analysis with graizing mode from the surface of the coating revealed the peak of the presence of PTFE particles at an angle of 16.8 degrees. The wear behavior of the coatings was evaluated using a dry sliding test pin (AISI 52100) on a disk under loads of 3 and 5 N and at a distance of 500 meters. Under the load of 3 N, containing-PTFE coatings remained perfectly healthy, while the wear-side failure effects on the surface free-PTFE coatings were clearly evident from the microscopic image of the wear track. Under the load of 5 N, free-PTFE coatings were completely degraded and reached the substrate of magnesium, which was essentially due to the abrasive mechanism. In contrast, PEO/PTFE coatings obtained in both aluminate and phosphate electrolytes showed partial degradation, which was consistent with the results of the coefficients of friction-distance diagram. Also, SEM analysis from the pins surface and the weight change of samples and pins showed that pieces of coating that are attached to the steel pin surface for non-nanoparticle coatings are much more than composite coatings. The wear resistance of nanocomposite coatings caused by PTFE particles is mainly due to the lubricating properties of these particles, which when applied to the surface of the coating, prevents direct contact pin with the coating, thus reducing wear rate and friction coefficients. The friction coefficient of the coatings formed in the aluminate and phosphate electrolytes was reduced from 0.64 and 0.7 to 0.33 and 0.4 by adding PTFE particles, respectively. The corrosion performance of coatings was performed by tafel polarization test and electrochemical impedance spectroscopy. The results indicate that according to the polarization test, the corrosion rate of phosphate and aluminate coatings containing PTFE particles compared to non-particulate coatings is reduced to 5.44 and 7.61, respectively. by performing an electrochemical impedance test at 4, 24, 48 and 72 hours immersion, the internal and external layer (R in and R out ) resistance values for coatings containing PTFE nanoparticles were found to be much higher than those without PTFE coatings due to the reduction of microcrack And porosity. Also, the decrease in capacitive capacitance (CPE) of these two layers was due to the decrease in the penetration of the corrosive solution to the coating and in fact to reduce the effective surface of the coatings. Keywords: Plasma Electrolytic Oxidation, AZ80 Magnesium, PTFE, Corrosion, wear, Friction Coefficient
مقایسه رفتار خوردگی و سایش پوششهای نانوکامپوزیت PEO/PTFE در الکترولیتهای پایه آلومینات و پایه فسفات روی آلیاژ منیزیم AZ80 در این تحقیق به بررسی اثر افزودن نانوذرات پلیمری پلی تترافلوئورواتیلن (PTFE) روی رفتار سایشی و خوردگی پوششهای اکسیداسیون الکترولیتی پلاسمایی تشکیل شده در الکترولیتهای پایه آلومینات و فسفات، روی آلیاژ منیزیم AZ80 پرداخته شده است. آنالیز نقشه توزیع عناصر با میکروسکوپ الکترونی روبشی از سطح پوششها، حاکی از این است که ذرات PTFE به مقدار قابلتوجهی حفرههای سطح را آببندی کردهاند. بنابراین میتوان گفت اتصال نانوذرات پلیمری به درون پوششها با موفقیت انجام گرفت. آنالیز پراش اشعه ایکس با مد گریزینگ از سطح پوششها، پیک مربوط به حضور ذرات PTFE را تحت زاویه 8/16 درجه نشان داد. ارزیابی رفتار سایشی پوششها با استفاده از آزمون سایش خشک پین فولادی(AISI 52100) روی دیسک تحت بارهای 3 و 5 نیوتون و در فاصله 500 متر انجام شد. تحت بار 3 نیوتون، پوششهای شامل PTFE کاملاً سالم باقی ماندند در حالیکه روی سطح پوششهای بدون PTFE اثرات شکست ناشی از سایش، از تصویر میکروسکوپی مسیر سایش کاملاً مشهود بود. تحت بار 5 نیوتون، پوششهای بدون PTFE کاملاً تخریب شدند و به زیرلایه منیزیم رسیدند که اساساً به دلیل مکانیزم سایش خراشان بود. در مقابل، پوششهای PEO/PTFE بدست آمده در هر دو الکترولیت آلومیناتی و فسفاتی، تخریب جزئی را نشان دادند که با نتایج حاصل از نمودارهای ضریب اصطکاک-فاصله در تطابق بود. همچنین، آنالیز SEM از سطح پینها واندازگیری تغییر وزن نمونهها و پینها نشان داد که تکههایی از پوشش که به سطح پین فولادی میچسبند، برای پوششهای بدون نانوذره بسیار بیشتر از پوششهای کامپوزیتی است. مقاومت سایشی پوشش نانوکامپوزیتی ایجاد شده با ذرات PTFE، عمدتاً به دلیل خاصیت روانکاری این ذرات است که هنگام تست سایش به سطح پوشش می آیند و از تماس مستقیم پین با پوشش جلوگیری کرده و لذا نرخ سایش و ضریب اصطکاک کاهش می یابند. به گونهای که ضریب اصطکاک پوششهای تشکیل شده در الکترولیتهای آلومیناتی و فسفاتی با افزودن ذرات PTFE، به ترتیب از 64/0 و 7/0 به 33/0 و 4/0 کاهش یافتند. عملکرد خوردگی پوششها توسط آزمون پلاریزاسیون تافل و طیفسنج امپدانس الکتروشیمیایی انجام شد. نتایج حاکی از آن است که بر اساس آزمون پلاریزاسیون، نرخ خوردگی پوششهای فسفاتی و آلومیناتی شامل ذرات PTFE، نسبت به پوششهای بدون ذره به ترتیب 44/5 و 61/7 برابر کاهش مییابد. همچنین با انجام آزمون طیفسنج امپدانس الکتروشیمیایی در زمانهای 4، 24، 48 و 72 ساعت غوطهوری، مقادیر مقاومت لایه داخلی و خارجی(R in و R out ) برای پوششهای شامل نانوذرات PTFE، بسیار بیشتر از پوششهای بدون PTFE به دست آمد که به دلیل کاهش میکروحفرهها و میکروترکها بود. همچنین کاهش ظرفیت خازنی(CPE) مربوط به این دو لایه به دلیل کاهش نفوذ محلول خورنده به پوشش و در واقع کاهش سطح موثر پوششها بود. کلمات کلیدی: اکسیداسیون الکترولیتی پلاسمایی، منیزیم AZ80، پلیتترافلوئورواتیلن، خوردگی، سایش، ضریب اصطکاک