SUPERVISOR
Behzad Niroumand,Mahmood Monir-vaghefi
بهزاد نیرومند (استاد مشاور) سیدمحمود منیرواقفی (استاد راهنما)
STUDENT
Ehsan Rezaporian Ghahfarokhi
احسان رضاپوریان قهفرخی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1388
TITLE
Implementation and Investigation of Ni-P-Cr2C3-NiCr Composite Coating Properties on stainless steel Bases by Melting and Solidification Hybrid Method
Nickel electroless is one way of achieving of coating on metallic and non-metallic surfaces. The electroless coatings is under consideration in recent decades due to their unique characteristics, such as hardness and wear resistance, high temperature tolerance up to 800 °C, the coating thickness uniformity, ease of maintenance and affordable. One of the first industrial applications of this type of coatings is use of Ni-P alloys as corrosion protective coating. Deposition of fine ceramic particles with Ni-P electroless base to achieve a uniform composite coating is a key development in this field of research. Composite coatings have used widely in coating industrial due to their collection of specific characteristics in the field of corrosion resistance, wear resistance and utilization in high temperature and also properties of the solid particles of secondary phase such as high hardness and smoothness. Chromium carbide powder as reinforcement phase in the coating has high hardness and presented of this powder in coating increases total hardness. In addition, chromium carbide powder used in this study, covered a nickel - chromium carbide powder around which enhances the adhesion of chromium to nickel-phosphorus. Chromium carbide particles suspended in the bath so electroless Ni-P coating was put on it. The powder was distributed on stainless steel substrate and furnace set to a temperature of 1050 °C and heated to nickel - phosphorus around on particles melt and quench in water. Analysis showed that the particle size of the coating around on particles is not enough to fully cover the substrate surface and engendered high porosity in the structure. For restitution of lack of Ni-P coating, condition of the bathroom is unstable to Ni-P coating precipitated alone. Electroless Ni-P deposits that get to the bath, were coated both alone and with chromium carbide powder onto the substrate using melt – solidification method. samples was placed under the 600 °C and within 1 hour heat treatment cycle. Coatings are also used for optical microscopic, microhardness measurement, X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscope (SEM) equipped with an analyzer (EDAX) were evaluated. The results showed that solidified Ni-P coatings on stainless steel substrate without heat treatment has about 1000 Vickers that toward coating hardness of the electroless method is about 20 percent higher. Reason of the increasing of hardness is obtaining crystalline structure Ni 3 P in solidification process. Hardness of coatings containing chromium carbide particles toward the sample without reinforcing particles was higher than 200 Vickers. Heat treatment of coating causes the forming of the phase (Ni 5 P 2 ) in substrate and spheroidising of needle shape dendrites in the primary nickel in coating and about 30 percent reduction were found in hardness of coating due to nickel grain growth and reduction of solid phase Ni 3 P compared to preheat treatment. Keywords: composite coating, nickel-phosphorus electroless, melt and solidification, heat treatment, Chromium carbide
الکترولس نیکل یکی از راه های دستیابی به پوشش بروی سطوح مختلف فلزی و غیر فلزی است. پوشش های الکترولس در چند دهه اخیر به دلیل خصوصیات منحصر به فرد نظیر سختی و مقاومت به سایش بالا، قابلیت تحمل دمای بالای 800 درجه سانتی گراد، یکنواختی ضخامت نهایی پوشش، سهولت در پوشش دهی و قیمت مناسب مورد توجه قرار گرفته است. آلیاژهای Ni-P به عنوان پوشش محافظ در مقابل خوردگی از اولین کاربرد های صنعتی این نوع از پوشش دهی می باشد. رسوب دهی ذرات سرامیکی ریز به همراه زمینه الکترولس Ni-P جهت دستیابی به یک پوشش کامپوزیتی یکنواخت یک پیشرفت کلیدی در این عرصه از تحقیقات است. پوشش های کامپوزیتی با توجه به دارا بودن مجموعه ای از خواص ویژه در زمینه فلزی مثل مقاومت به خوردگی، مقاومت به سایش و کارایی در دمای بالا و همچنین خواص ذرات جامد فاز دوم مانند سختی بالا، روانکاری به سرعت جای خود را در صنعت پوشش دهی باز کرده است. پودر کاربید کروم به عنوان فازتقویت کننده در پوشش، سختی بالایی دارد و حضور آن در پوشش باعث افزایش سختی کل پوشش می شود. به علاوه پودر کاربید کروم مورد استفاده در این پژوهش دارای پوشش نیکل-کروم در اطراف خود می باشد که باعث افزایش چسبندگی پودر کاربید کروم به زمینه نیکل فسفر خواهد شد. برای اینکار ذرات کاربید کروم به صورت معلق درون حمام الکترولس قرار داده و روی آن پوشش نیکل فسفر داده شد. سپس پودر برروی زیرلایه فولاد زنگ نزن توزیع شد و مجموعه داخل کوره تا دمای 1050 درجه سانتی گراد حرارت داده شد تا پوشش نیکل-فسفر پیرامون ذرات ذوب و سپس درون آب کوئنچ شد. آنالیزها نشان داد حجم پوشش پیرامون ذرات به قدری نیست که سطح زیرلایه را به طور کامل بپوشاند و تخلخل بالایی در ساختار به جود آمد. برای جبران کمبود پوشش Ni-P، شرایط حمام را ناپایدار کرده تا پوشش Ni-P به تنهایی رسوب کند. رسوبات Ni-P به دست آمده از حمام الکترولس را به تنهایی و هم با پودر کاربید کروم برروی زیرلایه با استفاده از روش ذوب-انجماد پوشش داده شد. نمونه ها تحت سیکل عملیات حرارتی 600 درجه سانتی گراد و مدت 1یک ساعت قرار داده شد. همچنین پوشش ها با استفاده از مطالعات میکروسکوپی نوری، میکروسختی سنجی، پراش پرتو ایکس (XRD) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) مجهز به آنالیز(EDS) مورد ارزیابی قرار گرفتند. نتایج نشان داد که پوشش نیکل فسفر منجمد شده بروی زیرلایه فولاد زنگ نزن بدون انجام عملیات حرارتی سختی حدود 1000 ویکرز دارد که نسبت به سختی پوشش در روش الکترولس حدود 20 درصد بالاتر است. دلیل افزایش سختی، حصول ساختار کریستالی Ni 3 P در فرآیند انجماد است. سختی پوشش حاوی ذرات کاربید کروم نسبت به نمونه بدون ذرات تقویت کننده حدود 200 ویکرز بالاتر بود. عملیات حرارتی پوشش باعث تشکیل فاز(Ni 5 P 2 ) در زمینه وکروی شدن دندریت های سوزنی شکل نیکل اولیه در پوشش شد و سختی پوشش به دلیل رشد دانه های نیکل و کاهش فاز سخت Ni 3 P کاهشی حدود 30 درصد نسبت به حالت قبل از عملیات حرارتی داشت. کلمات کلیدی: پوشش کامپوزیتی، الکترولس نیکل فسفر، ذوب و انجماد، عملیات حرارتی، کاربید کروم