فصل دوم : مروری بر منابع

5

2-1- مقدمه

6

2-2- آبکاری الکتریکی

6

2-2-1- مزایا و معایب آبکاری الکتریکی

7

2-3- آبکاری پوششهای کامپوزیتی

8

2-3-1- مزایا و معایب آبکاری کامپوزیتی

9

2-4- پوشش های نانوکامپوزیتی

10

2-4-1- روش تولید پوششهای نانوکامپوزیتی

10

2-4-2- کاربرد پوششهای نانوکامپوزیتی

11

2-5- مکانیزم رسوب الکتریکی

12

2-5-1- رسوبگذاری کرم سه ظرفیتی

13

2-5-2- کمپلکس سازهای کرم

14

2-6- آبکاری کرم سه ظرفیتی

15

2-6-1- ترکیب حمام کرم سه ظرفیتی

15

2-6-2- ویژگی های ترکیب حمام آبکاری

16

2-6-3- مشکلات آبکاری کرم سه ظرفیتی

16

2-7- مکانیزمهای همرسوبی الکتروشیمیایی

17

2-7-1- مدل کلاسیک گاگلیمی

18

2-7-2- مدل Celies

21

2- 8- پایداری پراکندگی سیستمهای کلوئیدی

22

2-8-1- توزیع فیزیکی نانو ذرات با عملیات اولتراسونیک

23

2-8-2- روش های شیمیایی پراکندگی سیستمهای کلوئیدی

23

2-9- تاثیر نوع جریان آبکاری

27

2-10- تاثیر زمان روشنایی و خاموشی

28

2-11- تاثیر دانسیته جریان

29

2-12- روش های تعیین ذرات پراکنده در پوشش

33

2-12-1- روش وزنی

33

2-12-2- روش میکروسکوپی

33

2-12-3- روش میکروآنالیزورهای پروپ الکترونی

33

2-12-4- روش طیف نگاری مرتبط با فوتون (PCS)

34

2-13- سایش و مکانیزمهای آن

34

فصل سوم : روش انجام آزمایش

37

3-1- مواد مورد استفاده

38

3-2- وسایل و تجهیزات مورد استفاده جهت آبكاری

39

3-2-1- منبع جریان

40

3-3- آماده سازی الكترولیت و آبكاری نمونه ها

41

3-4- ارزیابی نمونه ها

44

3-5- نحوه بررسی اثر پارامترهای انتخاب شده بر ریز ساختار و خواص پوشش

45

3-5-1- بررسی اثر غلظت پخش كننده (SDS)

45

3-5-2- بررسی اثر افزودنی ساخارین

46

3-5-3- بررسی اثر دانسیته جریان

46

3-5-4- بررسی اثر فركانس

47

3-5-5- بررسی اثر چرخه كاری

47

3-5-6- بررسی اثر غلظت كاربیدتنگستن

48

فصل چهارم : نتایج و بحث

49

4-1- بررسی اثر افزودنیها بر مورفولوژی پوششهای نانوكامپوزیتیCr-WC

50

4-1-1- تاثیر سورفكتانت SDS

51

4-1-2- تاثیر افزودنی ساخارین

56

4-1-3- تاثیر غلظت ذرات كاربید تنگستن در محلول

59

4-2- بررسی اثر پارامترهای آبکاری پالسی بر مورفولوژی پوششهای نانوکامپوزیتی Cr-WC

61

4-2-1- تاثیر دانسیته جریان

61

4-2-2- تاثیر چرخه كاری

65

4-2-3- تاثیر فركانس پالس

67

4-3- بررسی اثر پارامترهای موثر بر سختی و رفتار سایشی پوششهای نانوكامپوزیتی Cr-WC

70

4-3-1- تاثیر غلظت ذرات WC در حمام آبکاری

70

4-3-2- تاثیر غلظت سورفكتانت SDS

73

4-3-3- تاثیر افزودن ساخارین

75

4-3-4- تاثیر دانسیته جریان

78

4-3-5- تاثیر فركانس پالس

81

4-3-6- تاثیر چرخه كاری

83

فصل پنجم : نتیجه گیری و پیشنهادها

85

نتیجه گیری

86

پیشنهادها

87

مراجع

88

مراجع فارسی

89

مراجع لاتین

90

چکیده انگلیسی

94

چكیده

آبكاری الكتریكی یکی از روش های مناسب جهت همرسوبی ذرات ریز فلزی، غیر فلزی و پلیمری در زمینه فلزی است. در این تحقیق پوشش نانوکامپوزیتی کرم-کاربیدتنگستن با استفاده از جریان پالسی مربعی روی فولاد کربنی ایجاد شد. تاثیر پارامترهای آبکاری مانند غلظت سورفکتانت SDS و افزودنی ساخارین به عنوان ریزکننده، دانسیته جریان، سیکل کاری و فرکانس بر روی سختی، درصد وزنی ذرات و نحوه توزیع آن ها در پوشش بررسی شد. در این تحقیق سعی شد عواملی همچون نوع حمام، دما، pH و میزان تلاطم ثابت در نظر گرفته شوند. به علاوه، تاثیر پارامترهای آبکاری بر رفتار سایشی پوشش مورد بررسی قرار گرفت. جهت بررسی مورفولوژی سطح پوشش و توزیع ذرات و درصد وزنی آن ها در پوشش از میکروسکوپ الکترونی روبشی مجهز به آنالیزور EDS و جهت بررسی خواص پوشش از آزمون های سختی و سایش استفاده شد. نتایج نشان داد که افزایش غلظت ساخارین به حمام، به کاهش درصد وزنی ذرات و افزایش غلظت SDS تا 1 گرم بر لیتر به افزایش درصد وزنی ذرات و کاهش قطر ذرات و توزیع بهتر آن ها در پوشش منجر می شود. همچنین با افزایش دانسیته جریان تا 15 آمپر بر دسیمتر مربع به افزایش حضور ذرات در پوشش و افزایش سختی پوشش منجر می شود. با افزایش سیکل کاری حضور ذرات در پوشش کم می شود. افزایش فرکانس از 1 تا 1000 هرتز باعث افزایش حضور ذرات در پوشش می شود. همچنین حضور بیشتر و توزیع یکنواخت تر ذرات در پوشش منجر به افزایش سختی و (در پوششهای بدون ترک) بهبود مقاومت سایشی پوشش می گردند.

مقدمه

پوشش های کامپوزیتی با قرارگیری همزمان ذرات نارسانا و غیر محلول درون زمینه فلزی حاصل می شوند. این پوشش ها دارای خواص مکانیکی مطلوب بوده و در برابر سایش و خوردگی از پوشش های فلزی مقاومتر می باشند. میزان افزایش مقاومت آنها به مورفولوژی ذرات ریز خنثی درون پوشش کامپوزیتی و مقدار آنها بستگی دارد. کاهش اندازه دانه زمینه و همچنین کاهش قطر ذرات استحکام دهنده باعث بهبود خواص پوشش کامپوزیتی می شود. خواص خوب مکانیکی و مقاومت به اکسیداسیون و خواص مغناطیسی خوب این پوشش ها سبب شده در سال های اخیر مورد توجه خاصی قرار گرفته و در صنایع مختلف کاربرد زیادی پیدا کنند.

روش رسوب دهی الکتریکی به علت سادگی و ارزانی، دمای پایین فرآیند، سادگی دستیابی به ساختار نانو و همچنین تولید پوشش هایی با دانسیته بالا و عاری از تخلخل یکی از روش های مناسب برای اعمال این پوشش ها بوده و در چند دهه گذشته مورد توجه خاص محققین بوده است.

ذرات سرامیکی با ابعاد نانو، رسوبدهی پوشش های بسیار نازک را امکانپذیر ساخته اند به گونه ای که ممکن است در واحدهای ساخت میکرومکانیک اجزای حرکتی و یاتاقانها بسیار مورد توجه و کاربرد باشند.

پوشش های کرم تهیه شده به روش لایه نشانی الکتریکی در قطعات مهندسی بسیار مهمند. پوشش کرم به دلیل مقاومت سایشی و مقاومت شیمیایی بالا برای حفاظت از فلز پایه در مقابل سایش، خوردگی در دمای بالا و کاربرد های تزئینی کاربرد فراوانی دارد. پوشش های کامپوزیتی کرم منجر به بهبود ساختار رسوب کرم می شوند مثلا خواص سایشی و روانکاری پوشش بهبود می یابد. در زمینه پوشش های کامپوزیتی کرم کارهای بسیار کمی انجام شده است. ذرات مختلفی برای لایه نشانی همزمان با کرم استفاده شده است اما نکته قابل توجه مقدار بسیار محدود ذرات در پوشش کامپوزیتی است.

کلیات

در این تحقیق پوشش نانوکامپوزیتی کرم-کاربید تنگستن، از ترکیب حمام کرم سه ظرفیتی به روش آبکاری الکتریکی و با استفاده از جریان پالسی بر روی فولاد کربنی اعمال می شود.

در این تحقیق از افزودنی های سدیم دو دسیل سولفات و ساخارین استفاده می شود. سدیم دو دسیل سولفات به عنوان فعال ساز سطح و ساخارین جهت صاف و براق کردن مورفولوژی پوشش بکار می رود.

تاثیر پارامترهای پالس ( دانسیته جریان٬ سیکل کاری و فرکانس پالس ) بر روی مورفولوژی پوشش بررسی می شود.

مورفولوژی پوشش اعمال شده با استفاده از میکروسکوپ الکترونی مجهز به آنالیزور EDS بررسی می شود و سختی پوشش ها با استفاده از دستگاه سختی سنج با فرورونده ویکرز و مقاومت سایشی آن ها با استفاده از روش پین روی دیسک انجام می شود.

2-1- مقدمه

پوشش های کامپوزیتی از اوایل قرن نوزدهم مورد توجه قرار گرفته و اولین بار در سال 1928 پوشش کامپوزیتی مس-گرافیت برای اجزای موتور ماشین آزمایش شد ]1[. خواص خوب مکانیکی و مقاومت به اکسیداسیون و خواص مغناطیسی خوب این پوشش ها سبب شده در سال های اخیر مورد توجه خاصی قرار گرفته و در صنایع مختلف کاربرد زیادی پیدا کنند ]2[.

بهترین روش ایجاد پوشش های کامپوزیتی آبکاری الکتریکی است که از مزایای آن می توان به موارد زیر اشاره نمود:

1- به فشار و دمای بالا نیاز ندارد.

2- غلظت و فاصله بین ذرات رسوب قابل کنترل است.

3- اجزاء تغییر شکل نمی دهند.

4- به تجهیزات گرانقیمت نیاز ندارد.

5- امکان تولید در مقیاس صنعتی وجود دارد ]3و4[.

برای تهیه کامپوزیتهای زمینه فلزی اگر ذرات سرامیکی در الکترولیت به درستی پراکنده شوند و در طول آبکاری به طور همزمان رسوب کنند، رسوب نشانی الکتریکی یک روش مناسب است ]5[.

2-2- آبکاری الکتریکی

آبکاری الکتریکی فرآیندی است که در آن با استفاده از جریان برق لایه نازکی از یک فلز روی سطح فلزی دیگر رسوب داده میشود. اساس آبکاری الکتریکی به اینصورت است که در اثر عبور جریان الکتریسیته از یک الکترولیت فلز محلول در آن روی کاتد رسوب کرده و متعاقبا مقداری از فلز آند وارد محلول میشود به این ترتیب ترکیب الکترولیت ثابت می ماند ]6[. آبکاری الکتریکی برای ایجاد پوشش های تزئینی و محافظ اصلاح سطوح ساییده شده یا اضافه ماشین کاری شده، قطعه سازی یا بعبارتی شکل دهی الکتریکی قطعات شکل پیچیده که دارای زوایای متغیر، ابعاد دقیق و سطوح طرح دار هستند بکار میرود. عملیات آندکاری، تمیزکاری الکتریکی، پرداخت الکتریکی اسید شویی آندی، استخراج و تصفیه فلزات بکار میرود ]6[.

در رسوبدهی الکتریکی بایستی یک مدار الکتریکی با حضور یک باتری یا منبع تغذیه در خارج الکترولیت و یون های باردار در داخل محلول برقرار گردد. لذا برای انجام فرآیند رسوبدهی الکتریکی هدایت الکتریکی مدار و تحرک یون های فلزی ضروری است ]2[.