اعمال پوشش نانوکامپوزیتی کرم-کاربید تنگستن بر روی فولاد کربنی و بررسی خواص سایشی آن

چکیده

۱

مقدمه

۲

فصل اول : کلیات

کلیات

۳

۴

فصل دوم : مروری بر منابع

۵

۲-۱- مقدمه

۶

۲-۲- آبکاری الکتریکی

۶

۲-۲-۱- مزایا و معایب آبکاری الکتریکی

۷

۲-۳- آبکاری پوششهای کامپوزیتی

۸

۲-۳-۱- مزایا و معایب آبکاری کامپوزیتی

۹

۲-۴- پوشش های نانوکامپوزیتی

۱۰

۲-۴-۱- روش تولید پوششهای نانوکامپوزیتی

۱۰

۲-۴-۲- کاربرد پوششهای نانوکامپوزیتی

۱۱

۲-۵- مکانیزم رسوب الکتریکی

۱۲

۲-۵-۱- رسوبگذاری کرم سه ظرفیتی

۱۳

۲-۵-۲- کمپلکس سازهای کرم

۱۴

۲-۶- آبکاری کرم سه ظرفیتی

۱۵

۲-۶-۱- ترکیب حمام کرم سه ظرفیتی

۱۵

۲-۶-۲- ویژگی های ترکیب حمام آبکاری

۱۶

۲-۶-۳- مشکلات آبکاری کرم سه ظرفیتی

۱۶

۲-۷- مکانیزمهای همرسوبی الکتروشیمیایی

۱۷

۲-۷-۱- مدل کلاسیک گاگلیمی

۱۸

۲-۷-۲- مدل Celies

۲۱

۲- ۸- پایداری پراکندگی سیستمهای کلوئیدی

۲۲

۲-۸-۱- توزیع فیزیکی نانو ذرات با عملیات اولتراسونیک

۲۳

۲-۸-۲- روش های شیمیایی پراکندگی سیستمهای کلوئیدی

۲۳

۲-۹- تاثیر نوع جریان آبکاری

۲۷

۲-۱۰- تاثیر زمان روشنایی و خاموشی

۲۸

۲-۱۱- تاثیر دانسیته جریان

۲۹

۲-۱۲- روش های تعیین ذرات پراکنده در پوشش

۳۳

۲-۱۲-۱- روش وزنی

۳۳

۲-۱۲-۲- روش میکروسکوپی

۳۳

۲-۱۲-۳- روش میکروآنالیزورهای پروپ الکترونی

۳۳

۲-۱۲-۴- روش طیف نگاری مرتبط با فوتون (PCS)

۳۴

۲-۱۳- سایش و مکانیزمهای آن

۳۴

فصل سوم : روش انجام آزمایش

۳۷

۳-۱- مواد مورد استفاده

۳۸

۳-۲- وسایل و تجهیزات مورد استفاده جهت آبکاری

۳۹

۳-۲-۱- منبع جریان

۴۰

۳-۳- آماده سازی الکترولیت و آبکاری نمونه ها

۴۱

۳-۴- ارزیابی نمونه ها

۴۴

۳-۵- نحوه بررسی اثر پارامترهای انتخاب شده بر ریز ساختار و خواص پوشش

۴۵

۳-۵-۱- بررسی اثر غلظت پخش کننده (SDS)

۴۵

۳-۵-۲- بررسی اثر افزودنی ساخارین

۴۶

۳-۵-۳- بررسی اثر دانسیته جریان

۴۶

۳-۵-۴- بررسی اثر فرکانس

۴۷

۳-۵-۵- بررسی اثر چرخه کاری

۴۷

۳-۵-۶- بررسی اثر غلظت کاربیدتنگستن

۴۸

فصل چهارم : نتایج و بحث

۴۹

۴-۱- بررسی اثر افزودنیها بر مورفولوژی پوششهای نانوکامپوزیتیCr-WC

۵۰

۴-۱-۱- تاثیر سورفکتانت SDS

۵۱

۴-۱-۲- تاثیر افزودنی ساخارین

۵۶

۴-۱-۳- تاثیر غلظت ذرات کاربید تنگستن در محلول

۵۹

۴-۲- بررسی اثر پارامترهای آبکاری پالسی بر مورفولوژی پوششهای نانوکامپوزیتی Cr-WC

۶۱

۴-۲-۱- تاثیر دانسیته جریان

۶۱

۴-۲-۲- تاثیر چرخه کاری

۶۵

۴-۲-۳- تاثیر فرکانس پالس

۶۷

۴-۳- بررسی اثر پارامترهای موثر بر سختی و رفتار سایشی پوششهای نانوکامپوزیتی Cr-WC

۷۰

۴-۳-۱- تاثیر غلظت ذرات WC در حمام آبکاری

۷۰

۴-۳-۲- تاثیر غلظت سورفکتانت SDS

۷۳

۴-۳-۳- تاثیر افزودن ساخارین

۷۵

۴-۳-۴- تاثیر دانسیته جریان

۷۸

۴-۳-۵- تاثیر فرکانس پالس

۸۱

۴-۳-۶- تاثیر چرخه کاری

۸۳

فصل پنجم : نتیجه گیری و پیشنهادها

۸۵

نتیجه گیری

۸۶

پیشنهادها

۸۷

مراجع

۸۸

مراجع فارسی

۸۹

مراجع لاتین

۹۰

چکیده انگلیسی

۹۴

جدول ۲-۱- درصد حجمی ذراتی که توسط جذب ضعیف و قوی در حین ایجاد پوشش

کامپوزیتی نیکل-کاربیدسیلسیم به سطح کاتد چسبیده اند

۲۰

جدول ۲-۲- شرایط پایداری بر حسب پتانسیل زتا

۲۴

جدول ۲-۳- شرایط گوناگون شفافیت محلول بر حسب پتانسیل غلظت ترساز

۲۶

جدول ۳-۱- ترکیب و شرایط حمام مورد استفاده برای آبکاری

۴۲

جدول ۳-۲- ترکیب حمام الکتروپولیش

۴۳

جدول ۳-۳- شرایط انجام آزمایش سایش

۴۵

جدول ۳-۴- شرایط آبکاری بکار رفته برای بررسی اثر غلظت SDS

۴۶

جدول ۳-۵- شرایط آبکاری بکار رفته برای بررسی اثر غلظت ساخارین

۴۶

جدول ۳-۶- شرایط آبکاری بکار رفته برای بررسی اثر دانسیته جریان

۴۶

جدول ۳-۷- زمان های روشنی و خاموشی در هر فرکانس

۴۷

جدول ۳-۸- شرایط آبکاری بکار رفته برای بررسی اثر فرکانس

۴۷

جدول ۳-۹- شرایط آبکاری بکار رفته برای بررسی اثر چرخه کاری

۴۸

جدول ۳-۱۰- شرایط آبکاری بکار رفته برای بررسی اثر غلظت کاربیدتنگستن

۴۸

شکل ۲-۱- شماتیکی از سلول آبکاری الکتریکی.

۷

شکل ۲-۲- گروههای مختلف مواد نانوساختار و روشهای مختلف تولید آنها.

۱۱

شکل ۲-۳- نمودار شماتیک انواع رشد.

۱۳

شکل ۲-۴- مدل پنج مرحله ای Celis.

۲۲

شکل ۲-۵- تصویر شماتیک از یک فعال ساز.

۲۵

شکل ۲-۶- پوششهای نانو نیکل با اعمال دانسیته جریان های مختلف.

۳۰

شکل ۲-۷- ارتباط دانسیته جریان پوشش دهی و اندازه دانه پوششهای نیکل نانو.

۳۱

شکل ۲-۸- الگوی پراش تفرق اشعه X پوشش نانو نیکل در دانسیته جریان های مختلف.

۳۲

شکل ۳-۱- تصویری شماتیک از جریان پالس مربعی و مثلثی.

۴۰

شکل ۴-۱- تصاویر SEM مورفولوژی سطح پوشش کرم خالص از حمام فاقد افزودنی (۵/۲=pH، دانسیته جریان۸، چرخه کاری %۵۰، فرکانس Hz 10، دما ۲۷ و زمان min 100).

۵۰

شکل ۴-۲- تصاویر SEM مورفولوژی سطح پوشش کامپوزیتی Cr-WC از حمام فاقد افزودنی (۵/۲pH=، غلظت ذرات g/lit 10، دانسیته جریان ۸، چرخه کاری%۵۰، فرکانس Hz 10 ، دما۲۷ و زمان min 100).

۵۱

شکل ۴-۳- نحوه عملکرد فعال ساز سطح بر روی جدایش ذرات در حمام.

۵۲

شکل ۴-۴- تصاویر SEM مورفولوژی سطح پوششهای کامپوزیتی از حمام با g/lit 1 ساخارین و حاوی a) صفر، b) 5/.، c) 1، d) 2 گرم بر لیتر SDS (5/2pH=، غلظت ذرات g/lit 10، چرخه کاری %۵۰، فرکانس Hz 10 ، دانسیته جریان ۸، دما۲۷ و زمان min 100).

۵۳

شکل ۴-۵- تاثیر غلظت SDS بر درصد وزنی ذرات کاربیدتنگستن در پوشش Cr-WC (5/2PH=، غلظت ذرات g/lit 10، g/lit 1 ساخارین، چرخه کاری %۵۰، فرکانس Hz 10، دانسیته جریان ۸، دما۲۷ و زمان min 100).

۵۵

شکل ۴-۶- تصاویر SEM مورفولوژی سطح پوشش نانوکامپوزیتی Cr-WC از حمام حاوی ۱ گرم بر لیتر SDS و a) 5/0، (b1، (c5/1، (d3 گرم بر لیتر ساخارین (۵/۲pH=، غلظت ذرات g/lit 10، چرخه کاری ‌%50، فرکانس Hz 10، دانسیته جریان۸، دما۲۷ و زمان min 100).

۵۷

شکل ۴-۷- تاثیر غلظت ساخارین بر درصد وزنی ذرات کاربیدتنگستن در پوششهای Cr-WC (5/2pH=، غلظت ذرات g/lit 10، g/lit SDS 1، چرخه کاری %۵۰، فرکانس Hz 10، دانسیته جریان۸، دما۲۷ و زمان min100).

۵۸

شکل ۴-۸- تصاویر SEM مورفولوژی سطح پوششهای کامپوزیتی Cr-WC از حمام با g/lit SDS 1، g/lit1 ساخارین، (a5، (b10، c) 20، (d 40 گرم بر لیتر کاربیدتنگستن (۵/۲pH=، چرخه کاری%۵۰، فرکانس Hz 10، دانسیته جریان۸، دما۲۷ و زمان min 100).

۵۹

شکل ۴-۹- تصاویر SEM سطح مقطع پوششهای کامپوزیتی Cr-WC از حمام با g/lit SDS 1، g/lit 1 ساخارین، (a5، (b10، (c 20، (d 40 گرم بر لیتر کاربیدتنگستن (۵/۲pH=، چرخه کاری%۵۰، فرکانس Hz 10، دانسیته جریان۸، دما۲۷ و زمان min 100).

۶۰

شکل ۴-۱۰- تاثیر غلظت کاربیدتنگستن بردرصد وزنی ذرات در پوششهای Cr-WC (5/2pH=، g/lit SDS 1، g/lit 1 ساخارین، چرخه کاری %۵۰، فرکانس Hz 10 ، دانسیته جریان۸، دما۲۷ و زمان min 100).

۶۱

شکل ۴-۱۱- تصاویر SEM مورفولوژی سطح پوششهای کامپوزیتی Cr-WC از حمام با g/lit SDS 1 و g/lit 1 ساخارین با دانسیته جریانهای (a 2، (b8، (c15 و d) 20 آمپر بر دسیمتر مربع (۵/۲pH= ، چرخه کاری %۵۰، فرکانس Hz 10، دما۲۷ و زمان min 100).

۶۲

شکل ۴-۱۲- تاثیر دانسیته جریان بر درصد وزنی ذرات کاربید تنگستن در پوششهای Cr-WC (5/2pH=، غلظت ذرات g/lit 10، g/lit SDS 1، g/lit 1 ساخارین، چرخه کاری %۵۰، فرکانس Hz 10 ، دما۲۷ و زمان min 100).

۶۳

شکل ۴-۱۳- تصاویر SEM ازمورفورلوژی سطح پوششهای نانوکامپوزیتی Cr-WC از حمام حاوی

g/lit SDS 1، g/lit 1 ساخارین، درچرخه های کاری a) 30، b) 50، c) 70، d) 90 درصد (۵/۲pH=، غلظت ذرات g/lit، ۱۰، فرکانس Hz 10، دانسیته جریان۸، دما۲۷ و زمان min 100).

۶۵

شکل ۴-۱۴- تاثیر چرخه کاری بر درصد وزنی ذرات کاربیدتنگستن در پوششهای Cr-WC (5/2pH=، غلظت ذرات g/lit 10، g/lit SDS 1، g/lit 1 ساخارین، فرکانس Hz 10، دانسیته جریان۸، دما۲۷ و زمان min 100).

۶۶

شکل ۴-۱۵- تصاویر SEM مورفولوژی سطح پوششهای کامپوزیتی Cr-WC از حمام حاویg/lit SDS 1 وg/lit 1 ساخارین (a 1، (b 10 (c 100، (d1000 هرتز (۵/۲pH=، غلظت ذرات g/lit 10، چرخه کاری %۵۰، دانسیته جریان۸، دما۲۷ و زمان min 100).

۶۸

شکل ۴-۱۶- نمودار تغییرات درصد وزنی کاربیدتنگستن در پوششهای کامپوزیتی Cr-WC برحسب فرکانس، در حمام آبکاری با غلظت ذرات g/lit 10، g/lit SDS 1، g/lit 1 ساخارین، ۵/۲pH=، چرخه کاری %۵۰، دانسیته جریان۸، دما۲۷ و زمان min 100.

۶۹

شکل ۴-۱۷- نمودار ریز سختی پوشش کرم خالص و پوشش کامپوزیتی Cr-WC برحسب غلظتهای مختلف WC در حمام آبکاری با دانسیته جریان ۸، چرخه کاری %۵۰، فرکانس Hz 10، SDS و ساخارین هر کدام g/lit 1.

۷۰

شکل ۴-۱۸- نرخ سایش پوشش کرم خالص و پوشش کامپوزیتی Cr-WC بر حسب غلظتهای مختلف WC در حمام آبکاری با دانسیته جریان ۸، چرخه کاری %۵۰، فرکانس Hz 10، SDS و ساخارین هر کدام g/lit 1.

۷۱

شکل ۴-۱۹- تصاویر SEM سطوح سایش پوششهای کامپوزیتی Cr-WC تولید شده در حمامهای حاوی غلظتهای a) 5، b) 10 و c) 40 گرم بر لیتر ذرات WC در آبکاری با دانسیته جریان ۸، چرخه کاری %۵۰، فرکانس Hz10SDS , و ساخارین هر کدام g/lit 1.

۷۲

شکل ۴-۲۰- نمودار ریز سختی پوشش کامپوزیتی Cr-WC بر حسب افزایش غلظت SDS در حمام آبکاری با دانسیته جریان ۸، غلظت ذرات gr/lit10، چرخه کاری %۵۰، فرکانس Hz 10، SDS وساخارین هر کدام g/lit 1.

۷۳

شکل ۴-۲۱- نرخ سایش پوششهای کامپوزیتی Cr-WC بر حسب غلظت SDS در حمام آبکاری با دانسیته جریان ۸، غلظت ذرات g/lit10، چرخه کاری %۵۰، فرکانس Hz 10 و ساخارین g/lit 1.

۷۴

شکل ۴-۲۲- ریزسختی پوششهای کامپوزیتی Cr-WC بر حسب افزایش غلظت ساخارین در حمام آبکاری با دانسیته جریان ۸، غلظت ذرات g/lit 10، چرخه کاری %۵۰، فرکانس Hz 10 و SDS g/lit 1.

۷۵

شکل ۴-۲۳- نرخ سایش پوششهای کامپوزیتی Cr-WC بر حسب غلظت ساخارین در حمام آبکاری با دانسیته جریان ۸، غلظت ذراتgr/lit 10، چرخه کاری %۵۰، فرکانس Hz 10 و SDS g/lit 1.

۷۶

شکل ۴-۲۴- تصاویر SEM از سطوح سایش پوششهای کامپوزیتی Cr-WC در حمام با غلظتهای a) 5/0،

b) 1 و c) 3 گرم بر لیتر ساخارین با دانسیته جریان ۸، چرخه کاری %۵۰، فرکانس Hz10 و SDS g/lit 1.

۷۸

شکل ۴-۲۵- نمودار ریز سختی پوششهای کامپوزیتی Cr-WC بر حسب مقادیر مختلف دانسیته جریان در حمام آبکاری با غلظت ذرات g/lit 10، فرکانس Hz 10، چرخه کاری %۵۰، ساخارین و SDS هر کدام g/lit1.

۷۹

شکل ۴-۲۶- نرخ سایش پوششهای کامپوزیتی Cr-WC بر حسب دانسیته جریان در حمام آبکاری با غلظت ذرات g/lit 10، ساخارین و SDSهر کدام g/lit 1، چرخه کاری %۵۰ و فرکانس Hz 10.

۸۰

شکل ۴-۲۷- تصاویر SEM از سطوح سایش پوششهای کامپوزیتی Cr-WC بر حسب دانسیته جریانهای a) 6، b) 8 و c) 20 آمپر بر دسیمتر مربع در حمام آبکاری با غلظت ذرات g/lit 10، ساخارین و SDSهر کدام g/lit 1، چرخه کاری %۵۰ و فرکانس Hz 10.

۸۱

شکل ۴-۲۸- نمودار ریز سختی پوششهای کامپوزیتی Cr-WC در فرکانسهای مختلف در حمام آبکاری با دانسیته جریان۸، چرخه کاری %۵۰، غلظت ذرات g/lit 10، ساخارین و SDS هر کدام g/lit 1.

۸۲

شکل ۴-۲۹- نرخ سایش پوششهای کامپوزیتی Cr-WC بر حسب فرکانس در حمام آبکاری با دانسیته جریان۸، غلظت ذرات g/lit 10، چرخه کاری %۵۰، ساخارین و SDSهر کدامg/lit 1.

۸۲

شکل ۴-۳۰- نمودار ریز سختی پوششهای کامپوزیتی Cr-WC در چرخه های کاری مختلف در حمام آبکاری با دانسیته جریان۸، غلظت ذرات g/lit 10، چرخه کاری %۵۰، ساخارین و SDSهر کدامg/lit 1.

۸۳

شکل ۴-۳۱- نرخ سایش پوششهای کامپوزیتی Cr-WC بر حسب چرخه کاری در حمام آبکاری با دانسیته جریان۸، غلظت ذرات g/lit 10، فرکانس Hz 10، ساخارین و SDS هرکدام g/lit 1.

۸۴