SUPERVISOR
Amir Alhaji,Masoud Atapoor,Hamidreza Salimi jazi
امير الحاجي خوراسگاني (استاد مشاور) مسعود عطاپور (استاد راهنما) حميدرضا سليمي جزي (استاد راهنما)
STUDENT
Ebrahim Mortezanejad
سيدابراهيم مرتضانژادي
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
مقايسه رفتار خوردگي و سايش پوششهاي نانوکامپوزيت PEO/PTFE در الکتروليتهاي پايه آلومينات و پايه فسفات روي آلياژ منيزيم AZ80 در اين تحقيق به بررسي اثر افزودن نانوذرات پليمري پلي تترافلوئورواتيلن (PTFE) روي رفتار سايشي و خوردگي پوششهاي اکسيداسيون الکتروليتي پلاسمايي تشکيل شده در الکتروليتهاي پايه آلومينات و فسفات، روي آلياژ منيزيم AZ80 پرداخته شده است. آناليز نقشه توزيع عناصر با ميکروسکوپ الکتروني روبشي از سطح پوششها، حاکي از اين است که ذرات PTFE به مقدار قابلتوجهي حفرههاي سطح را آببندي کردهاند. بنابراين ميتوان گفت اتصال نانوذرات پليمري به درون پوششها با موفقيت انجام گرفت. آناليز پراش اشعه ايکس با مد گريزينگ از سطح پوششها، پيک مربوط به حضور ذرات PTFE را تحت زاويه 8/16 درجه نشان داد. ارزيابي رفتار سايشي پوششها با استفاده از آزمون سايش خشک پين فولادي(AISI 52100) روي ديسک تحت بارهاي 3 و 5 نيوتون و در فاصله 500 متر انجام شد. تحت بار 3 نيوتون، پوششهاي شامل PTFE کاملاً سالم باقي ماندند در حاليکه روي سطح پوششهاي بدون PTFE اثرات شکست ناشي از سايش، از تصوير ميکروسکوپي مسير سايش کاملاً مشهود بود. تحت بار 5 نيوتون، پوششهاي بدون PTFE کاملاً تخريب شدند و به زيرلايه منيزيم رسيدند که اساساً به دليل مکانيزم سايش خراشان بود. در مقابل، پوششهاي PEO/PTFE بدست آمده در هر دو الکتروليت آلوميناتي و فسفاتي، تخريب جزئي را نشان دادند که با نتايج حاصل از نمودارهاي ضريب اصطکاک-فاصله در تطابق بود. همچنين، آناليز SEM از سطح پينها واندازگيري تغيير وزن نمونهها و پينها نشان داد که تکههايي از پوشش که به سطح پين فولادي ميچسبند، براي پوششهاي بدون نانوذره بسيار بيشتر از پوششهاي کامپوزيتي است. مقاومت سايشي پوشش نانوکامپوزيتي ايجاد شده با ذرات PTFE، عمدتاً به دليل خاصيت روانکاري اين ذرات است که هنگام تست سايش به سطح پوشش مي آيند و از تماس مستقيم پين با پوشش جلوگيري کرده و لذا نرخ سايش و ضريب اصطکاک کاهش مي يابند. به گونهاي که ضريب اصطکاک پوششهاي تشکيل شده در الکتروليتهاي آلوميناتي و فسفاتي با افزودن ذرات PTFE، به ترتيب از 64/0 و 7/0 به 33/0 و 4/0 کاهش يافتند. عملکرد خوردگي پوششها توسط آزمون پلاريزاسيون تافل و طيفسنج امپدانس الکتروشيميايي انجام شد. نتايج حاکي از آن است که بر اساس آزمون پلاريزاسيون، نرخ خوردگي پوششهاي فسفاتي و آلوميناتي شامل ذرات PTFE، نسبت به پوششهاي بدون ذره به ترتيب 44/5 و 61/7 برابر کاهش مييابد. همچنين با انجام آزمون طيفسنج امپدانس الکتروشيميايي در زمانهاي 4، 24، 48 و 72 ساعت غوطهوري، مقادير مقاومت لايه داخلي و خارجي(R in و R out ) براي پوششهاي شامل نانوذرات PTFE، بسيار بيشتر از پوششهاي بدون PTFE به دست آمد که به دليل کاهش ميکروحفرهها و ميکروترکها بود. همچنين کاهش ظرفيت خازني(CPE) مربوط به اين دو لايه به دليل کاهش نفوذ محلول خورنده به پوشش و در واقع کاهش سطح موثر پوششها بود. کلمات کليدي: اکسيداسيون الکتروليتي پلاسمايي، منيزيم AZ80، پليتترافلوئورواتيلن، خوردگي، سايش، ضريب اصطکاک