تاثیر کاربید سیلیسیم بر خواص پوشش الکترولس کامپوزیتی نیکل فسفر حاوی دی سولفید مولیبدن

در این تحقیق پوششهای نیکل فسفر حاوی مقادیر مختلف دی سولفید مولیبدن به همراه ذرات سرامیکی کاربید سیلیسیم با روش الکترولس روی فولاد ساده کربنی رسوب داده شد. ریزسختی پوششها اندازه گیری و مقاومت به سایش آنها ارزیابی شد . پراش پرتو ایکس و میکرسکوپ الکترونی روبشی (SEM) مجهز به آنالیز طیف سنجی پراش انرژی پرتو ایکس (EDX) برای بررسی فازی و ریزساختار و آزمون پالریزاسیون برای مطالعه رفتار خوردگی پوششها استفاده شد. تاثیر عملیات حرارتی بر ترکیب فازی و خواص پوششها نیز بررسی شد. ریز سختی پوشش کامپوزیتی حاوی کاربید سیلیسیم ، 018 HV اندازه گیری شد که نسبت به پوشش نیکل فسفر % 44 بالاتر است. همرسوبی ذرات باعث کم کردن ضریب اصطکاک و کاهش وزن اندازهگیری شده در آزمون سایش تا 33 درصد شد. انجام عملیات حرارتی باعث کریستالی شدن پوشش و تشکیل فاز Ni3P به دنبال آن افزایش حدوداً 08 درصدی سختی شد. آنالیز EDX و تصاویر SEM حضور و توزیع یکنواخت ذرات سرامیکی در زمینه را نشان داد. بر اساس نتایج این تحقیق با افزودن مقدار مناسب ذرات به حمام الکترولس میتوان به پوشش با سختی، مقاومت به سایش و خودروانکاری مطلوب که در کاربردهای اصطکاکی جایگزین مناسبی برای پوشش کروم سخت است، دست یافت.

یکی از مهمترین و پر کاربرد ترین متریال های حال حاضر در صنعت دنیا خانواده فولادهای ساده کربنی است. علت رشد روز افزون این خانواده از مواد در سال های اخیر به دلیل سهولت و همچنین فراوانی منابع تولید است. علیرغم اینکه کاربرد این گروه از مواد زیاد است ولی دارای یک ضعف عمده هستند. ضعف عمده این گروه از مواد مقاومت به سایش کم آن هاست. امروزه به علت تعمیر و نگه داری یا شکست اجزا ماشین آلات به علت خوردگی، سایش و یا عوامل مخرب سطح، هزینه زیادی می شود . تکنولوژی های گوناگونی برای کاهش این ضعف استفاده می شود و هر روز دانش جدیدی بدان اضافه می شود. استفاده از یک پوشش که نفوذ عوامل مخرب سطحی را کاهش می دهد یک راهکار مناسب برای رفع این نقص است. از پوشش های کروم سخت استفاده شد که در طیف وسیعی از صنایع هوایی خودرو دریایی و الکترونیک کاربرد دارد. به دلیل اینکه کروم شش ظرفیتی باعث آلودگی محیط زیست شد وهمچنین سختی پوشش نیکل فسفر در حد کروم سخت است، استفاده از ان کمتر شد و پوشش الکترولس نیکل فسفر جایگزین شد. پوشش های الکترولس نیکل فسفر یکی از پوشش های تولید شده به روش الکترولس است. الکترولس یک فرایند بدون جریان الکتریکی است. تهیه حمام الکترولس برای تولیدپوشش معمولا آسان بوده و عموما پایدار هستند. این پوشش ها معمولا به عنوان پوشش های مقاوم در برابر خوردگی مورد استفاده قرار می گیرند. این پوشش ها را می توان بر طیف وسیعی از مواد، بر روی یک بستر فعال کاتالیزوری بدون استفاده از جریان و یا بر روی انواع مختلف بستر با فعال شدن مناسب، حتی بر روی پلاستیک ایجاد کرد. پوشش های تولید شده از فرایند الکترولس دارای سطح یکنواختی هستند. ضخامت پوشش بر خلاف آبکاری الکتریکی در تمامی سطح نمونه یکسان است.

عموماً پس از ایجاد پوشش قطعه نیاز به هیچگونه عملیات تکمیلی مانند ماشین کاری ندارد و می توان مستقیم از قطعه در کاربرد مورد نظر استفاده کرد پوشش حاصل از الکترولس ساختاری آمورف دارد، با عملیات حرارتی فاز شیشه ای پوشش ساختار کریستالی بخود می گیرد. این استحاله باعث بهبود خواص فیزیکی و مکانیکی پوشش می شود بعد از عملیات حرارتی فازهای فسفید نیکل که فازهای سختی هستند در زمینه ایجاد می شوند. این فازها به عنوان یک قفل بر مسیر حرکت نابجایی ها عمل کرده و باعث عدم حرکت نابه جایی ها می شوند این امر باعث بهبود خواص سایشی و سختی پوشش می شوند. نحوه عملیات حرارتی تاثیر زیادی بر ریز ساختار پوشش ها دارد. به گونه ای که اگر محدوده دمایی کمتر از 488 درجه سانتی گراد باشد ساختار به طور کامل کریستاله نمی شود و اگر دما بالای 488 درجه سانتی گراد باشد باعث تشکیل فازهایی با سختی کم شده و همچنین باعث رشد دانه می شود که خواص پوشش را تضعیف می کند.

جدیدترین پیشرفت در زمینه الکترولس نیکل فسفر رسوبدهی هم زمان ذرات گوناگون در پوشش است. یک مزیت استفاده از روش الکترولس نیکل فسفر که جدیدترین پیشرفت در زمینه پوشش های الکترولس نیکل فسفر میباشد، آن است که می توان با اضافه کردن عناصر و ترکیبات مختلف پوشش هایی با ویژگی متفاوت و خاص ایجاد کرد. بطور مثال با افزودن ذرات سخت به حمام الکترولس می توان سختی پوشش را افزایش داد یا با اضافه کردن ذرات خودروانکار می توان ضریب اصطکاک را کاهش داد و خواص ضد اصطکاک پوشش را افزایش داد. خواص خود روانکاری توسط PTFE افزایش قابل توجهی در مقاومت در برابر سایش ایجاد می کند، به خصوص پس از عملیات حرارتی، اما چسبندگی پوشش و تجزیه PTFE با گرما معموال یک نقص است. یکی دیگر از مواد که به عنوان خودروانکار می توان به پوشش اضافه کرد دی سولفید مولیبدن است. دی سولفید مولیبدن یکی از جذاب و پر کاربردترین مواد خودروانکار جامد است. این ماده دارای ساختار هگزاگونال می باشد. با افزودن این ماده در پوشش، پوشش دارای خواص ضد اصطکاک می شود. دی سولفید مولیبدن دارای استحکام کششی بسیار زیادی در اتمسفر و حتی در خال های پایین می باشد به همین دلیل به عنوان عامل کاهش اصطکاک به ویژه در ماشین های فضایی و یا در شرایط تابش اشعه گاما در نیروگاه های اتمی پایداری بالایی دارد. این در حالی است که روغن های غیر جامد روانکار فاقد چنین خواصی هستند. با این حال پوشش های خود روانکار دی سولفید دارای سختی پایین هستند و در اثر سایش کاهش وزن بیشتری دارند. تاکنون تحقیقات کمی به منظور بهبود خواص پوشش الکترولس نیکل فسفر دی سولفید مولیبدن انجام گرفته است. در این پژوهش غلظت های مختلفی از ذرات دی سولفید مولیبدن به همراه ذرات سخت الومینا و کاربید سیلیسیم استفاده شد. آلومینا دارای خواص مکانیکی خوب، ضریب انبساط حرارتی کم و ثبات شیمیایی بالایی است. با اضافه کردن آن به پوشش میتوان خواص مکانیکی را بهبود بخشید. در این مطالعه تاثیر همرسوبی ذرات کاربید سیلیسیم و دی سولفید مولیبدن در پوشش الکترولس نیکل فسفر، بر سختی، میزان کاهش وزن در اثر سایش، ضریب اصطکاک، توپوگرافی سطح و ترکیب مورد مطالعه و بررسی قرار گرفت.

با توجه به تصاویر SEM از سطح مقطع پوشش نمونه از حمام های مختلف در دو بزرگنمایی دویست و هزار برابر در شکل 13 ارائه شده است. ضخامت در سرتاسر پوشش کامپوزیتی تقریبا یکنواخت و بطور میانگین در حدود 48µm است. با توجه به اینکه زمان فرآیند پوششدهی سه ساعت بود، نرخ پوشش دهی حمامهای کامپوزیتی در حدود 13/3µmh-1 است. همچنین در همه پوششهای کامپوزیتی چسبندگی پوشش به زیر الیه مطلوب و بدون هرگونه ترک و شکافی است. گستره غلظت فسفر در پوششهای کامپوزیتی در محدوده 3-9% است، که با توجه به طبقه بندی پوششهای الکترولس نیکل فسفر ، بر اساس میزان غلظت فسفر پوششهای تولیدی در گروه پوششهای کم و متوسط فسفر قرار میگیرند.

تصاویر مرفولوژی سطح پوشش حاصل از حمام نیکل فسفر کاربید سیلیسیم و دو گرم بر لیتر دی سولفید مولیبدن قبل و بعد از عملیات حرارتی در شکل14 مشاهده میشود. تصاویر نشان میدهد که مرفولوژی سطح از نوع موسوم به گل کلمی است. مرفولوژی سطح نمونه بعد از عملیات حرارتی با نمونه قبل از عملیات حرارتی متفاوت است. سطح نمونه بعد از عملیات حرارتی یکنواخت، مسطح و هموارتر است. همچنین به نظر میرسد پوشش بعد از عملیات حرارتی متراکم تر است. اتصال گرهها به یکدیگر بیشتر شده است.

در بررسی تصاویر SEM مشخص شد پوششهای قبل از عملیات حرارتی دارای خلل و فرج هستند. این خلل و فرج میتواند نقش بسزایی بر خواص پوشش داشته باشد. می توان بخشی از کاهش مقاومت به خوردگی پوششها قبل از عملیات حرارتی را به وجود همین خلل وفرج نسبت داد. همچنین متراکم شدن و همگن تر بودن پوشش بعد از عملیات حرارتی بر مقاومت به خوردگی پوشش موثر است.

در این تحقیق رفتار سایش، سختی و خوردگی پوشش های ساده الکترولس نیکل – فسفر و پوششهای کامپوزیتی نیکل- فسفرحاوی درصدهای مختلف ذرات دی سولفید مولیبدن و همچنین کاربید سیلیسیم روی سطح فولاد کربنی ساده مورد بررسی قرار گرفت و نتایج زیر حاصل شد.

با افزایش غلظت ذرات دی سولفید مولیبدن در حمام الکترولس، اگرچه میکروسختی پوشش ها کاهش یافت ولی بدنبال آن ضریب اصطکاک پوشش کاهش یافت. بهترین ضریب اصطکاک در پوشش حاصل از حمام الکترولس نیکل- فسفر حاوی دو گرم بر لیتر دی سولفید مولیبدن حاصل شد. با تولید پوشش از این حمام به خواص تریبولوژیکی مطلوب که در کاربردهای اصطکاکی جایگزین مناسبی برای پوشش کروم سخت است، میتوان دست یافت. نتایج آزمون XRD و تصاویر SEM بیانگر حضور بیشترین مقدار ذرات در پوشش در این غلظت بود.

افزایش میکروسختی پوشش های عملیات حرارتی شده نسبت به پوشش های مشابه بدون عملیات بدلیل وجود نواقص کریستالی نظیر مرزدانه ها و حضور فاز سخت و سرامیکی Ni3P در ساختار کریستالی نسبت داده شد.

افزودن ذرات کاربید سیلیسیم به پوشش نیکل-فسفر دی سولفید مولیبدن سبب کاهش ضریب اصطکاک، افزایش سختی و کم شدن میزان کاهش وزن در اثر سایش شد.

کمترین مقدار ضریب اصطکاک برای پوشش حاصل از حمام الکترولس نیکل-فسفر کاربید سیلیسیم و دو گرم بر لیتر دی سولفید مولیبدن بدست آمد.

کمترین نرخ خوردگی مربوط به پوشش نیکل-فسفر بود. افزایش غلظت ذرات کاربید سیلیسیم بدلیل تشکیل پیل های میکروگالوانیک سبب افزایش نرخ خوردگی شد. هر چند این افزایش نرخ خوردگی به دلیل نزدیک بودن غلظت ذرات سرامیکی به یکدیگر چندان زیاد نبود.

عملیات حرارتی باعث افزایش میزان سختی، کاهش میزان کاهش وزن در اثر سایش و تغییر مورفولوژی سطح پوشش و متراکم شدن پوشش و بدنبال آن بهبود مقاومت به خوردگی شد.

منبع 

https://civilica.com/doc/963700

محصولات مرتبط

فهرست