Skip to main content
SUPERVISOR
Behzad Niroumand
بهزاد نيرومند (استاد راهنما)
 
STUDENT
Simin Nosouhian
سيمين نصوحيان

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1393

TITLE

Effects of surface structural features of pure Aluminum on its contact angle with water
Control of wetting angle of water on solid surfaces is of significant importance in applications where the surface is exposed to humidity, water or ice. Hydrophobic surfaces have attracted a lot of attention in recent years to reduce corrosion, wear and freezing of solid surfaces. One way of creating hydrophobic surfaces is to coat them with certain hydrophobic coatings. However, the main challenge is poor stability and cohesion of the coating to the surface during service. To investigate the effects of such microstructural features of pure aluminum as grain texture and morphology, exposure to air and surface preparation method on its wetting angle with water, a directionally solidified aluminum billet was cast and three cross sections in longitudinal, transversal and 45? directions were cut. The preferential orientations of the longitudinal, transverse and 45? cross-sections were determined to be (200), (200) and (111), respectively. Each section was separately etched and its wetting angle and roughness on selected positions of the surface were measures right after etching and after one, two, seven and fifteen days of air exposure. The studied positions included inside a grain as well as on areas containing a single grain boundary, triple boundaries intersect and multiple boundaries. Morphology of the selected locations was investigated on the day of etching and after seven and fifteen days following the etching by scanning electron microscopy. In order to study the effects of surface preparation method, all the steps were also carried out on the longitudinal cross section with (200) texture after polishing and etching. The results showed that the etching induced corrosion in a strong Cl bearing solution resulted in formation of deep, multi-layered and angular tunnels on the planes with (200) texture. On the planes with (111) texture, however, wide shallow cubes of lower surface roughness were formed. It was concluded that the surface texture at a given surface composition could affect the etching induced surface morphology and roughness. Wetting behavior of all the selected areas on all the etched surfaces was changed from hydrophilic to hydrophobic after one or two days of air exposure. Wetting angle of the inside grain area on the longitudinal cross section, for example, increased from 18? to 100?. This seemed to be due to adsorption of organic [I1] compounds on the surfaces. Increasing rate of the contact angle was gradually decreased by saturation of the surfaces of the organic compounds, and became steady after 15 days on all the cross-sections. The results suggested that the rate of adsorption and the amount of adsorbed organic compounds by the oxide layer on the (200) texture was more than that of the surface with (111) texture. The results also suggested that wetting of the selected locations on the three cross sections followed Cassie-Baxter model. It was found that the surface crystalline texture , surface morphology, the state of crystallinity of the surface aluminum oxide layer , air exposure and presence of such particles as SiO 2 particles affected the wetting angle of aluminum with water. [I1] ارگانيک يا ميکرو ارگانيزم ها؟
کنترل زاويه ترشوندگي سطوح جامد با آب از اقدامات مهمي است که در صنايع مختلف جهت بهبود خواص سطحي مواد در کاربردهاي در تماس با رطوبت، آب يا يخ مورد توجه قرارگرفته است. سطوح آب گريز به علت کاهش خوردگي، سايش و يخ زدگي در دهه هاي اخير بسيار مورد توجه قرارگرفته اند. چالش اساسي استفاده از پوشش هاي مناسب جهت آب گريز کردن سطوح، پايداري و چسبندگي به زيرلايه است. در اين پژوهش به منظور بررسي تاثير مشخصات ريزساختاري آلومينيوم خالص مانند جهت گيري کريستالي دانه ها و مورفولوژي و هم چنين تاثير قرارگيري در هواي محيط و نحوه آماده سازي سطح بر زاويه تماس آب بر روي آن، آلومينيوم به صورت جهت دار ريخته گري شد. سه مقطع در جهات مختلف طولي، عرضي و 45 درجه برش زده شد. بافت ترجيحي سه مقطع طولي، عرضي و 45 درجه به روش درون صفحه اي اندازه گيري و به ترتيب برابر (200)،(200) و (111) تعيين شد. هر مقطع به صورت جداگانه حکاکي شيميايي شد و با تعيين نقاط مختلف روي هر سطح، شامل دانه، تک مرز، ناحيه سه گانه تلاقي مرزها و ناحيه اي با تعداد مرز زياد، بلافاصله پس از حکاکي و يک، دو، هفت و پانزده روز قرارگيري در هواي محيط، آزمون ترشوندگي و زبري سنجي از سطوح انجام گرفت. هم چنين پس از حکاکي شيميايي در روز اول، هفتم و پانزدهم، مورفولوژي نقاط انتخاب شده از سطح توسط ميکروسکوپ الکتروني روبشي مورد مطالعه قرارگرفت. به منظور بررسي تاثير نحوه آماده سازي سطح، تمام مراحل ذکر شده بر روي مقطع طولي با بافت (200) پوليش شده نيز انجام گرفت. نتايج بدست آمده نشان داد که خوردگي ناشي از حکاکي در محلول قوي حاوي يون کلر باعث ايجاد تونل هاي عميق و لايه لايه و گوشه دار بر روي صفحات با بافت (200) شد. در حالي که بر روي صفحات با بافت (111)، مکعب هاي پهن و سطحي با زبري کمتر ايجاد شد. بنابراين بافت ترجيحي سطوح با ترکيب شيميايي يکسان مي تواند بر مورفولوژي و زبري ايجاد شده ناشي از حکاکي اثر بگذارد. در کليه مناطق انتخاب شده روي سطوح حکاکي شده، پس از گذشت يک تا دو روز قرارگيري در هواي محيط، رفتار سطح از آب دوست به آب گريز تغيير کرد و زاويه داخل دانه از 18 به 100 درجه در مقطع طولي رسيد. به نظر مي رسد اين مسئله به دليل جذب ترکيبات ارگانيک بر روي سطح باشد. روند افزايش زاويه تماس به مرور با اشباع شدن سطح از ترکيبات ارگانيک کاهش يافت به طوري که در روز پانزدهم در کليه مقاطع اين روند متوقف شد و زوايا ثابت ماند. هم چنين با توجه به روند افزايش بيشتر زاويه تماس بر روي مقاطع با بافت (200) نسبت به مقطع با بافت (111)، به نظر مي رسد که سرعت و مقدار جذب ترکيبات ارگانيک توسط لايه اکسيدي موجود روي بافت (200) بيشتر از سطح با بافت (111) باشد. براساس نتايج بدست آمده بنظر مي رسد نقاط انتخاب شده در هر سه سطح مقطع از مدل کسي- بکستر پيروي مي کند. مشخص شد جهت گيري کريستالي دانه ها، مورفولوژي سطح، آمورف يا کريستالي بودن لايه اکسيد آلومينيوم سطحي، قرارگرفتن نمونه در معرض هواي محيط و وجود ذراتي چون SiO 2 بر روي سطح بر زاويه ترشوندگي اثر گذار است.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی