ساخت و مشخصه یابی پوشش‌های نانوکامپوزیتی الکترولس Ni-P-ZrO2-TiO2 اعمال شده بر زیر لایه فولادی

مهندسی متالورژی و مواد

دوره 34، شماره 2 - شماره پیاپی 30، تیر 1402، صفحه 67-86   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jmme.2023.78787.1075

نویسندگان

علی علیزاده^{* 1}؛ مهدی عبدالهی²؛ محمد فولادچنگ¹

¹مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، تهران، ایران

²مجتمع دانشگاهی مواد و فناوریهای ساخت، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهرا ن، تهران، ایرا ن

چکیده

در این پژوهش، اثر ذرات ZrO2 و TiO2 بر رفتار سایشی و سختی پوشش‌های Ni-P ایجادشده روی فولاد st37 به روش آبکاری الکترولس بررسی شد. بدین منظور ابتدا پوشش‌های کامپوزیتی Ni-P-ZrO2 در پنج غلظت متفاوت 1 تا 5 گرم بر لیتر ذره ZrO2 رسوب داده شد و پس از بررسی بهترین نمونه ازلحاظ سختی، تأثیر ذرات TiO2 در پنج غلظت 1 تا 5 گرم بر لیتر تقویت‌کننده در کنار ذرات ZrO2، بررسی گردید. تمام پوشش‌ها به مدت 1 ساعت در دمای 400 درجه سانتی‌گراد عملیات حرارتی شدند. مقاومت به سایش و ضریب اصطکاک پوشش‌ها با آزمون پین روی دیسک مورد ارزیابی قرار گرفت. سطح و مقطع پوشش‌ها و هم‌چنین سطوح سایش با استفاده از میکروسکوپ الکترون روبشی (SEM) مجهز به EDS موردبررسی قرار گرفت. آزمون پراش پرتوایکس (XRD) نیز برای بررسی هم‌نشست ذرات تقویت‌کننده و تغییرات فازی در پوشش انجام شد. نتایج نشان داد که عملیات حرارتی منجر به افزایش زبری پوشش می‌شود. مشخص شد که افزایش غلظت ذرات ZrO2 در حمام از g/l 1 به g/l 3 منجر به بهبود سختی پوشش شده و استفاده از TiO2 تا g/l 2 در کنار ZrO2 منجر به بهبود سختی پوشش Ni-P-ZrO2 خواهد شد، به‌طوری‌که سختی از 702 ویکرز در نمونه Ni-P-ZrO2(3g/l) به 813 ویکرز در نمونه Ni-P-ZrO2(3g/l)-TiO2 (2 g/l) افزایش می‌یابد. نتایج همچنین نشان داد که پوشش کامپوزیتی Ni-P-ZrO2(3g/l)-TiO2 (2 g/l) عملیات حرارتی شده دارای بالاترین ضریب اصطکاک می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

الکترولس نیکل؛ پوشش کامپوزیتی Ni-P-ZrO2-TiO2؛ زیرکونیا؛ تیتانیا؛ سختی

مراجع

[1] M. A. Azghan, F. Bahari-Sambran, and R. Eslami-Farsani, “Modeling and experimental study on the mechanical behavior of glass/basalt fiber metal laminates after thermal cycling,” International Journal of Damage Mechanics, Vol. 30, No. 8, pp. 1192-1212, )2021(.

[2] R. Tima, and F. Mahboubi, “Ability of plasma nitriding to improve tribological behavior of medium and high boron electroless nickel coatings", Tribology International, Vol. 156, pp. 10-22, (2021).

[3] A. Mukhopadhyay, and S. Sahoo, “Improving corrosion resistance of reinforcement steel rebars exposed to sulphate attack by the use of electroless nickel coatings,” European Journal of Environmental and Civil Engineering, Vol. 26, No. 11, pp. 5180-5195, (2022).

[4] O. Fayomi, I. Akande and A. Sode., “Corrosion prevention of metals via electroless nickel coating: A review,”Journal of Physics: Conference Series, Vol. 1378, No. 2, pp. 22-63, (2019).

[5]  V. Vitry, J. Hastir, A. Mégret^, , S. Yazdani, M. Yunacti and L. Bonin, “Recent advances in electroless nickel‑boron coatings,” Surface and Coatings Technology, Vol. 429, pp. 27-37, (2022).

[6] M. Saravanan, V. Ananda, S. Kumaresh Babu, G. Ramalingam, A. Haiter, “Properties Evaluation of Electroless Ni-Coated Low-Carbon Steels", Journal of Nanomaterials, (2022).

[7] F. Delaunois, V. Vitry and L. Bonin, “Electroless nickel plating: fundamentals to applications,” CRC Press, 2019.

[8] P. Gay, J. Limat, P. Steinmann, J. Pagetti, “Characterisation and mechanical properties of electroless NiP–ZrO2 coatings,” Surface and Coatings Technology, Vol. 202, No. 4-7, pp. 1167-1171, (2007).

[9] S. Sharma, R. C.Agarwala, V. Agarwala and S.  Ray, “Application of Ni-P-ZrO2-Al2O3-Al3Zr Electroless Composite Coatings and Their Characteristics,” Surface Engineering, Vol. 18, No. 5, pp. 344-349, (2002).

[10] S. Shibli, V. Dilimon and T. Deepthi, “ZrO₂-reinforced Ni–P plate: An effective catalytic surface for hydrogen evolution,” Applied Surface Science, Vol. 253, No. 4, pp. 2189-2195, (2006).

[11]        J. Novakovic, M. Delagrammatikas, P. Vassiliou, C.T. Dervos, “Electroless Ni-P Composites with ZrO2: Preparation, Characterization, Thermal Treatment. in Defect and Diffusion Forum,” Trans Tech Publ, 2010.

[12] P. Gadhari  and P. Sahoo,  “Optimization of electroless Ni–P–Al2O3 composite coatings based on multiple surface roughness characteristics", Procedia Materials Science, Vol. 5, pp. 21-30, (2014).

[13] B. Szczygieł, A. Turkiewicz and J. Serafińczuk, “Surface morphology and structure of Ni–P, Ni–P–ZrO2, Ni–W–P, Ni–W–P–ZrO2 coatings deposited by electroless method,” Surface and Coatings Technology, Vol. 202, No. 9, pp. 1904-1910, (2008).

[14] J.M. Rodríguez-Díaz, and M.T. Santos-Martín, “Study of the best designs for modifications of the Arrhenius equation,” Chemometrics and Intelligent Laboratory Systems, Vol. 95, No. 2  pp. 199-208, 2009.

[15] C. Loto, “Electroless nickel plating–a review,” Silicon, Vol. 8, No.  2, pp. 177-186, (2016).

[16] C. Baldwin, and T. Such, “The plating rates and physical properties of electroless nickel/phosphorus alloy deposits,” Transactions of the IMF, Vol. 46, No. 1, pp. 73-80, (1968).

[17] X. Wang, P. La, H. Chao and H. Nan, “Electroless Ni-P-TiO2/Ni-P-SiC Composite Coating’s Corrosion Resistances on Mg2B2O5w/AZ91D Magnesium Matrix Composites,”in 3rd International Conference on Material, Mechanical and Manufacturing Engineering (IC3ME), (2015).

[18] Z. A. Hamid, and M. Abou Elkhair, “Development of electroless nickel–phosphorous composite deposits for wear resistance of 6061 aluminum alloy,” Materials Letters, Vol. 57, No. 3, pp. 720-726, (2002).

[19] H. Matubara, M. Mikinori Kobayahi, H.  Nishiayma, N. Saito, “Co-deposition characteristics of nanodiamond particles in electrolessly plated nickel films,” Electrochemistry, Vol. 72, No. 6, pp. 446-448, (2004).

[20] D. Gawne and U. Ma, “Structure and wear of electroless nickel coatings,” Materials science and technology, Vol. 3, No. 3, pp. 228-238, (1987).

[21] Y. Zhang, and M. Yao, “Studies of electroless nickel deposits with low phosphorus content,” Transactions of the IMF, Vol. 77, No. 2, pp. 78-83, (1999).

[22] R. Guo, S. Jiang, C. Yuen,  M. Ng, J. Lan and G. Zheng, “Influence of deposition parameters and kinetics of electroless Ni-P plating on polyester fiber,” Fibers and Polymers, Vol. 13, No. 8, pp. 1037-1043, (2012).

[23] P. Liu, C. Zhu, W. Zhu and J. Hui, “Effect of Thermal Treatment on Composite Coatings of Electroless Ni-P/Nano-Diamond on Pure Aluminum Substrate,” Key Engineering Materials, Vol. 499, pp. 68-73, (2012).

[24] S. Alirezaei, S. Monirvaghefi, M. Salehi and A. Saatchi, “Effect of alumina content on surface morphology and hardness of Ni-P-Al2O3 (α) electroless composite coatings,” Surface and Coatings Technology, Vol. 184, No. 2-3, pp. 170-175, (2004).

[25] L. Chen, L. Wang, Z. Zeng, J. Zhang, “Effect of surfactant on the electrodeposition and wear resistance of Ni–Al2O3 composite coatings,” Materials Science and Engineering: A, Vol. 434, No. 1-2, pp. 319-325, (2006).

[26] P. Gadhari, and P. Sahoo, “Optimization of electroless Ni–P–Al2O3 composite coatings based on multiple surface roughness characteristics,” Procedia Materials Science, No. 5, pp. 21-30, (2014).

[27] S. Anvari, F. Karimzadeh and M. Enayati, “Wear characteristics of Al–Cr–O surface nano-composite layer fabricated on Al6061 plate by friction stir processing,” Wear, Vol. 304, No. 1-2, pp. 144-151, (2013).

[28] P. Gadhari and P. Sahoo, “Effect of annealing temperature and alumina particles on mechanical and tribological properties of Ni-P-Al2O3 composite coatings,”  Silicon, Vol. 9, No. 5,  pp. 761-774, (2017).

[29] S. Allahkaram, M. Honarvar Nazari, S. Mamaghani, and A. Zarebidaki., “Characterization and corrosion behavior of electroless Ni–P/nano-SiC coating inside the CO2 containing media in the presence of acetic acid,” Materials & Design, Vol. 32, No. 2, pp. 750-755, )2011(.