Skip to main content
SUPERVISOR
Mahmood Monir-vaghefi,Ahmad Saatchi
سیدمحمود منیرواقفی (استاد راهنما) احمد ساعت چی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Shahram Alirezaei
شهرام علیرضائی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1387

TITLE

Synthesis and Characterization of Ni-P-Ag-Al2O3 Hybrid Nanocomposite Coating
In this research, the formation of a novel coating as Ni-P-Ag-Al 2 O 3 hybrid nanocomposite coating as well as the mechanical and tribological behavior of this type of coating. Also, the effect of parameters such as the concentrations of silver and alumina particles and heat treatment process on microstructural changes, mechanical properties, tribological behavior and wear mechanisms are investigated. For this purpose, zeta potential of wetted particles with CTAB cationic surfactant was measured. After the surface preparation of steel samples, the substrates were entered into the composite plating bath and then Ni-P, Ni-P-Ag, Ni-P-Al 2 O 3 and Ni-P-Ag-Al 2 O 3 coatings were deposited by electroless process. Isothermal heat treatment was done at 400°C and mechanical properties of the coatings were evaluated by microhardness and microindentation. The tribological tests were implemented in ambient and high temperatures (~500°C) by pin-on-disc method. The evaluation of microstructure was done by XRD analysis and surface morphology, cross sections of the coatings, wear surfaces and debris were studied by field emission scanning electron microscope and transmission electron microscope. 3D optical profilometry was used to determine the roughness, topography and wear quantities of the coatings. The results showed that the codeposition of alumina and silver particles in composite and hybrid coatings are strongly influenced by zeta potential and the concentration of the particles. Also, heat treatment leads to phase transformation just in the matrix of the coatings within the formation of Ni 3 P secondary phases and then hardness and wear resistance were increased. Comparison between hybrid and composite coatings demonstrated that the tribological properties of Ni-P-Ag-Al 2 O 3 hybrid nanocomposite coating consist of wear resistance of Ni-P-Al 2 O 3 composite coating and lubrication property of Ni-P-Ag coating. The formation of silver rich mixed layer on wear scars was detected as an important factor for self-lubrication in the coatings including silver lubricant particles at low and high temperatures wear. The mean values of friction coefficient were achieved about 0.32 and 0.37 for heat treated Ni-P-Ag coatings and 0.4 and 0.45 for heat treated Ni-P-Ag-Al 2 O 3 at ambient and high temperatures, respectively. In addition, the high temperature wear results showed that the diffusion of silver from inside of the coating to the surface of hybrid and composite coatings containing silver particles leads to the nucleation and formation of additional silver rich layers. These tribofilms produce the self lubrication property at high temperature. Keywords : Electrole Alumina; Silver; Hybrid; Nanocomposite; Tribology; Tribofilm; Self-lubricatio
: در پژوهش حاضر ضمن ایجاد پوششی نوین از نوع هیبریدی نانوکامپوزیت Ni-P-Ag-Al 2 O 3 ، خواص مکانیکی و تریبولوژیکی این پوشش، مورد مطالعه قرار گرفته و تأثیرات متغیرهایی نظیر غلظت نانوذرات آلومینا و نقره و نیز فرایند عملیات حرارتی بر تغییرات ریزساختار پوشش، خواص مکانیکی، رفتار تریبولوژیکی و مکانیزم‌های دخیل در سایش بررسی شده اند. بدین منظور پس از اندازه‌گیری پتانسیل زتا ذرات آغشته به ترکننده کاتیونی CTAB در محلول الکترولس و آماده‌سازی سطحی زیرلایه، نمونه‌های فولاد کربنی وارد حمام آبکاری کامپوزیتی شده و پوشش‌های Ni-P، Ni-P-Ag، Ni-P-Al 2 O 3 و Ni-P-Ag-Al 2 O 3 توسط فرایند الکترولس بر روی نمونه‌های مذکور رسوب داده شدند. پس از عملیات حرارتی همدما در دمای °C400، خواص مکانیکی پوشش‌ها توسط ریزسختی سنجی و آزمایش فرو‌رونده ارزیابی شده و آزمایش‌های تریبولوژی به روش پین روی دیسک در دمای محیط و دمای بالا (°C500~) انجام شدند. ارزیابی ریزساختار پوشش‌ها توسط آنالیز XRD انجام شده و مورفولوژی و سطح مقطع پوشش‌ها و همچنین سطوح سایش و ذرات سایشی توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی مجهز به آنالیز EDX بررسی شدند. جهت تعیین زبری، توپوگرافی سطوح و مقادیر سایش از پروفیلومتر سه بعدی نوری نیز استفاده گردید. نتایج نشان دادند که هم رسوبی ذرات آلومینا و نقره در پوشش‌های کامپوزیتی و هیبریدی به شدت به پتانسیل زتا و اندازه ذرات وابسته هستند. همچنین عملیات حرارتی پوشش‌ها منجر به استحاله فازی صرفاً در زمینه پوشش همراه با ایجاد فازهای ثانویه Ni 3 P شده و موجب افزایش سختی و مقاومت سایشی گردیده است. مقایسه میان پوشش‌های کامپوزیتی و هیبریدی نشان داد که خواص تریبولوژی پوشش هیبریدی نانوکامپوزیت Ni-P-Ag-Al 2 O 3 تلفیقی از مقاومت سایشی پوشش Ni-P-Al 2 O 3 و خاصیت روانکاری پوشش Ni-P-Ag می باشد. ایجاد لایه های ترکیبی و غنی از نقره در سطوح سایش بعنوان عاملی مهم جهت خاصیت خودروانکاری در پوشش‌های حاوی ذرات روانکار نقره در سایش دمای پایین و بالا تشخیص داده شد. مقادیر ضریب اصطکاک متوسط در دمای محیط و دمای بالا برای پوشش‌های عملیات حرارتی شده Ni-P-Ag به ترتیب در حدود 32/0 و 37/0 و برای پوشش عملیات حرارتی شده Ni-P-Ag-Al 2 O 3 به ترتیب در حدود 4/0 و 45/0 بدست آورده شدند. همچنین نتایج سایش دمای بالا نشان دادند که بعلت نفوذ نقره از داخل پوشش به سطح سایش در پوشش‌های کامپوزیتی و هیبریدی حاوی ذرات روانکار، شرایط برای جوانه‌زنی و ایجاد لایه‌های مضاعف از تریبوفیلم غنی از نقره در مسیر سایش فراهم شده و باعث ایجاد خاصیت خودروانکاری در دمای بالا شده است. کلمات کلیدی : الکترولس، آلومینا، نقره، هیبرید، نانوکامپوزیت، تریبولوژی، تریبوفیلم، خودروانکاری

ارتقاء امنیت وب با وف بومی