ساخت و بررسي خواص پوشش‌هاي الکترولس نيکل- فسفر با تغيير عملکرد تدريجي روي پايه‌ي فولاد کم کربن

STUDENT

DEGREE

YEAR

As the industry progresses, the need for advanced engineering coatings has also increased, among which electroless Ni-P coatings are among the candidate for advanced coatings. In this research, new hybrid coatings were created with gradient properties of Ni-P by electroless process on the steel substrate, so that the thickness and amount of phosphorus along these coatings gradually change. In general, the present study can be classified into two parts, in the first part, the creation of coatings with a thickness gradient, and in the second part, to create coatings with thickness gradient and phosphorus along the coat. In the first section, coatings with thickness gradient were deposited by experimental design data by RSM method. To create a thick gradient coating, the method of taken out the sample from the electroless bath during the process was used continuously and at specified intervals. In the second part, hybrid coatings were created by gradually changing the phosphorus along the coating surface only using one electroless bath. During the coating changed the temperature and pH of the electroless bath at specified time intervals, while taken out the sample from the electroless bath. According to studies, the Fabrication of a coating with a gradient change in properties along the coating has not been reported to date. For Evaluate the properties of the FGC coating, the heat treatment was used for a temperature of 400 ? for one hour. optical microscope, SEM, EDS and XRD were used to study the microstructure and phases in the coatings. Also, metallography was used to measure the thickness of coatings. To experimental design, the response surface method (RSM) and the analysis of the results, Minitab and MATLAB software were used. The wear properties of the coatings were studied using a pin-on-disc method, and the hardness of the coatings was determined by micro-hardness test. The results of variance analysis of the models indicated that the models are highly valid and the correlation coefficient (R2) of over 99% for both models confirms this issue. The results of the models showed that the plating bath pH will have the greatest effect on the hardness, while the effect of the temperature in this case is negligible. Also, the effect of pH on the gradient thickness is about 1.5 times the rate of Sample exit rate from the bath and 2.5 times the temperature. Investigating the phases in the coating by X-ray diffraction showed that there is a nano-crystalline gradient structure in the direction of the amorphous along the coat, which after heat treatment, created of the various phases of nickel phosphide with different amounts in different coating portions, creates different properties along the coat. Evaluated the wear properties of the FGC coating, the profile of the depth of the wear tracks has shown that wear resistance is different in different parts of the FGC coating. For different parts of the coatings, was observed Adhesive and Abrasive wear mechanisms, in which the amount of each of these mechanisms varies in different parts of the coatings.

همزمان با پيشرفت صنايع مختلف، نياز به پوششهاي مهندسي پيشرفته نيز افزايش پيدا کرده است که در اين ميان پوششهاي الکترولس نيکل- فسفر جزء گزينههاي مهم براي ساخت پوششهاي پيشرفته هستند. در پژوهش حاضر پوششهاي نوين هيبريدي با تغيير گرادياني خواص، از جنس نيکل- فسفر به روش الکترولس بر روي زيرلايه فولادي ايجاد شدند، بهگونهاي که ضخامت و ميزان فسفر در امتداد اين پوششها به صورت تدريجي تغيير کند. بهطور کلي پژوهش حاضر را ميتوان به دو بخش طبقهبندي کرد که در بخش اول به ايجاد پوششهاي با گراديان ضخامت و در بخش دوم به ايجاد پوششهاي با گراديان ضخامت و فسفر در امتداد پوشش پرداخته شده است. در بخش اول، پوششهاي با گراديان ضخامت توسط دادههاي طراحي آزمايش توسط روش سطح پاسخ ) RSM ( پوششدهي شدند. به منظور ايجاد پوشش با گراديان ضخامت، از روش بيرون آوردن نمونه از حمام آبکاري در حين فرآيند، بهصورت پيوسته و در بازههاي زماني معين استفاده شد. در بخش دوم، پوششهاي هيبريدي با تغيير گرادياني فسفر در امتداد سطح پوشش تنها با استفاده از يک حمام آبکاري الکترولس ايجاد شدند و در مدت زمان پوششدهي، دما و pH حمام الکترولس در بازههاي زماني مشخص، همزمان با بيرون آوردن نمونه از حمام الکترولس، تغيير داده شد تا اينکه پوشش FGC با تغيير گرادياني ضخامت و ميزان فسفر در امتداد پوشش حاصل شود. مطابق مطالعات و بررسيها، ايجاد پوشش با تغيير گرادياني خواص در امتداد پوشش تا به امروز گزارش نشده است. به منظور بررسي خواص پوشش FGC عمليات حرارتي شده از فرآيند عمليات حرارتي در دماي 400? به مدت يک ساعت استفاده شد. جهت بررسي ريزساختار و فازهاي موجود در پوششها از ميکروسکوپ نوري، ميکروسکوپ الکتروني روبشي ) SEM (، آناليز تفکيک انرژي ) EDS ( و آناليز پراش پرتو ايکس ( XRD ( استفاده شد. همينطور به منظور اندازهگيري ضخامت پوششها از روش متالوگرافي بهره گرفته شد. براي طراحي آزمايش به روش سطح پاسخ ) RSM ( و تحليل نتايج، نرمافزارهاي Minitab و MATLAB مورد استفاده قرار گرفتند. براي مطالعهي خواص سايشي پوششها از روش پين روي ديسک استفاده شد، به علاوه سختي پوششها نيز توسط آزمون ريزسختي سنجي تعيين شد. نتايج تحليل واريانس مدلهاي بدست آمده براي پيشبيني سختي و گراديان ضخامت پوششها نشانداد که مدلها از اعتبار بالايي برخوردار هستند؛ بدست آمدن ضريب همبستگي ) 2R( بالاي 99 % براي هر دو مدل تأييد کننده اين موضوع است. با بررسي تأثير پارامترهاي حمام الکترولس روي خروجيهاي مدل، مشاهده شد که pH حمام آبکاري بيشترين تأثير را بر روي سختي پوشش ميگذارد در حالي که تأثير دما در اين مورد ناچيز است. همچنين تأثير pH بر مقدار گراديان ضخامت حدود 5 / 1 برابر نرخ بيرون آوردن نمونه از حمام الکترولس و 5 / 2 برابر دما بدست آمد. طبق بررسيهاي سطح مقطع پوشش توسط ميکروسکوپ نوري، مشاهده شد که افزايش ضخامت در امتداد پوشش خطي نبوده و با افزايش زمان آبکاري، سرعت رسوبگذاري کاهش پيدا ميکند. با بررسي مورفولوژي سطحي پوششهاي با گراديان فسفر در امتداد سطح، مشاهده شد که شکل و اندازه برآمدگيهاي سطحي پوشش تحت تأثير پارامترهاي حمام آبکاري هستند و در پوشش FGC با گراديان فسفر در امتداد پوشش، وجود تغيير گرادياني اندازه برآمدگيهاي سطحي در امتداد پوشش ديده شد. همچنين عمليات حرارتي باعث افزايش اندازه برآمدگيها و يکنواختتر شدن سطح پوشش شد. بررسي فازهاي موجود در پوشش توسط پراش پرتو ايکس نشان داد که ساختار گرادياني نانوکريستالي به سمت آمورف در امتداد پوشش وجود دارد که بعد از عمليات حرارتي فازهاي سخت فسفيد نيکل با مقادير متفاوت در قسمتهاي مختلف پوشش ايجاد شده و باعث ايجاد خواص مختلفي در امتداد پوشش شدهاند. نتايج ريزسختي سنجي، وجود سختي متفاوت را در قسمتهاي مختلف سطح نشان داد. با توجه به اينکه مقدار سختي پوششهاي الکترولس نيکل- فسفر وابسته به مقدار فسفر آنها است لذا وجود مقدار فسفر گرادياني در امتداد سطح موجب بدست آمدن سختي گرادياني در امتداد سطح شده است. بعد از عمليات حرارتي مشاهده شد قسمتي از پوشش که داراي فسفر بيشتري است، افزايش سختي بيشتري داشته و به دليل وجود ساختار گرادياني در ضخامت پوشش، سختي بالاي HV1290 در اين قسمت بدست آمده است. در بررسي خواص سايشي پوشش FGC ، بررسي پروفيل عمق شيارهاي سايش نشانداد که مقاومت به سايش در قسمتهاي مختلف پوشش FGC متفاوت است و بطور کلي پوشش عمليات حرارتي شده مقاومت به سايش بهتري از خود نشان داد. براي قسمتهاي مختلف پوششها دو مکانيزم سايش خراشان و چسبان مشاهده شد که مقدار غالب بودن هرکدام از اين مکانيزمها در قسمتهاي مختلف پوششها متفاوت است.