تشکیل پوشش پرم‌الوی نانو کریستالی به روش آبکاری الکتریکی و بهینه سازی شرایط سطحی پوشش آلیاژی

محورهای موضوعی : فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین

سارا فضلی ¹ , محمدابراهیم بحرالعلوم ²

1 - 1- دانشجوکارشناسی ارشد نانومواد، بخش مهندسی مواد، دانشگاه شیراز
2 - استاد، بخش مهندسی مواد، دانشگاه شیراز

تاریخ دریافت : 1395/05/05 تاریخ پذیرش : 1395/05/05 تاریخ انتشار : 1395/02/01

کلید واژه: آبکاری الکتریکی, پرم الوی, مورفولوژی سطح,

چکیده مقاله :

       در این پژوهش مراحل تشکیل پوشش پرم‌الوی نانوکریستالی به روش آبکاری الکتریکی بررسی شد. آبکاری الکتریکی آلیاژ پرم‌الوی(%wt.  80 نیکل و %wt. 20 آهن) در دمای 25 درجه سانتی‌گراد با اعمال دانسیته جریان mA/cm²100پس از گذشت زمان 8 ساعت و با استفاده از همزن مکانیکی با دور rpm160 در 8/3pH= انجام شد. جهت کنترل pH حمام در حین آبکاری الکتریکی از بوریک اسید به عنوان بافر استفاده گردید. برای بررسی مراحل ایجاد (جوانه‌زنی، رشد سه بعدی و پیوستگی) ساختار گل کلم شکل پوشش، تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی در زمان‌های گوناگون تهیه گردید. هم چنین به منظور بررسی تاثیر پارامترهای موثر بر زبری سطح، پوشش‌دهی در دما (25، 45 و 75 درجه سانتی‌گراد)، زمان‌ (3 و 8 ساعت) و مقادیر مختلف ساخارین موجود در حمام آبکاری الکتریکی (10، 5 ، 3 و 1 گرم بر لیتر) و نوع همزدن ( مغناطیسی و مکانیکی)، صورت گرفت. نتایج تست زبری‌سنجی نشان داد که کاهش میزان ساخارین موجود در حمام، استفاده از همزن مغناطیسی، کاهش زمان آبکاری و افزایش دما، سبب کاهش زبری سطح پوشش‌های آلیاژی پرم‌الوی شد. نتایج آزمون کوانتومتری بیان می کند که افزایش دما علاوه بر کاهش زبری پوشش، سبب تغییر میزان عناصر آلیاژی نیز می‌شود. نتایج آزمون پراش پرتو ایکس نشان داد که افزودن ساخارین علاوه بر ایجاد ساختار نانویی، سبب کاهش تنش در زمان‌های طولانی آبکاری می‌شود.

چکیده انگلیسی:

Permalloy (80%wt. Ni, 20%wt Fe) coatings were electroplated in 25°C by applying current density of 100 mA/cm2 in a bath with the pH of 3.8. A mechanical stirrer (160 RPM) was used during 8 hours electroplating. Saccharin was used as a stress reducing agent and a grain refiner to gain nanocrystalline coatings. The pH of plating was controlled by boric acid as a buffer. The SEM images of surface of coatings indicated the different processes of forming the cauliflower structure including nucleation, three dimension growth and integration of crystals. To study the effects of different parameters on the roughness of coatings, various temperatures (25, 45, 75°C), different times (3, 8 hours), different amounts of saccharin in the bath (10, 5, 3, 1g/L) and two different types of agitation (magnetic and mechanic stirrer) were investigated. The results of roughness test showed that decreasing the plating time and the amount of saccharin in the bath decrease the surface roughness. In addition, increasing the temperature and using magnetic stirrer caused a decline in the surface roughness. Increasing the temperature would also change the alloy composition.

منابع و مأخذ:

1. W. Matthew, J. Losey, J. Kelly, “Electrodeposition”, Comprehensive Microsystems, Volume 1, pp. 271–292, 2008.


2. D. Jiles, "Introduction to Magnetism and Magnetic Materials", CRC Press. pp. 354, 1998.


3. W. Blum, G.B. Hogaboom. “Principle of  electroplating and electroforming”, Vol. 3,  pp. 356-382, McGraw-Hill Book Company, Inc, New York, Toronto, London, 1949.        


4. T. Hart, A. Watson, “Metal Finishing”, Vol. 100, Supplement 1, pp. 257-274, 2002.          


5. R. Abdel-Karim, Y. Reda, M. Muhammed, S. El-Raghy, M. Shoeib,  H. Ahmed, "Electrodeposition and Characterization of Nanocrystalline Ni-Fe Alloys", Journal of Nanomaterials, Volume 2011, pp. 921-929, 2011. 


6. S. Park, D.G. Senesky, A.P. Pisano, "Electrodeposition of permalloy in deep silicon trenches without edge-overgrowth utilizing dry film photoresist", Micro Electro Mechanical Systems, Volume 45, pp. 689 – 692, 2009.


7. S. Glasstone, “The cathodic behavior of alloys. I. Iron-nickle alloys”, Trans. Faraday Soc. 19, pp.574-583, 1924.  


8. E. Raub, E. Walter, “Galvanische Nickel-Eisen-Niederschlage”, Mitt. Forforschungsinst, Vol. 9, pp. 17-21, 1935.  


9. B.Raub, E. Walter, “GalvanischeNiederschlage von Nickel-Eisen-Legierungen”, Z. Elektrochem. Vol. 14, pp. 169, 1935.      


10. B. Raub, “Der Einflass von ZusatzenzuNickelbadern auf die Schadlichkeit des Eisens, Mitt. Forschungsinst. Vol. 9, pp. 1-8, 1935. 


11. V. Sree,T.L. Rama Char, “Electrodeposition of nickel- iron and nickel-cobalt alloys from the pyrophosphate bath”, Bull. Idia Sect. Electrochem. VOL. 7. pp. 3, 72-75, 1958.    


12. A. Brenner, “Electrodeposition of alloys”, Vol. 2, pp. 265-2778, Academic Press, New York and London, 1963.  


13. S.D. Leith, S. Ramli and D.T. Schwartz, Characterization of NixFe1-x (0.1≤x≤0.95) electrodeposition from a family of sulfamate chloride electrolytes, J. Electrochem. Soc., Vol. 146, pp. 1431-35, 1999.


14. J. Simonet, “The Platinised Platinum Interface Under Cathodic Polarisation”, Platinum Metals Rev., Vol. 50, no. 4, 2006.    


15. A. Afshar, A.G. Dolati, M. Ghorbani, “Electrochemical characterization of the Ni–Fe alloy electrodeposition from chloride–citrate–glycolic acid solutions”, Materials Chemistry and Physics, Vol. 77, PP. 352–358, 2003.    


16. A.M. Rashidi, A. Amadeh, “The effect of saccharin addition and bath temperature on the grain size of nanocrystalline nickel coatings”, Surface and Coatings Technology, Vol. 204, pp. 353-358, 2009.


17. E. Moti, M.H. Shariat, M.E. Bahrololoom, “Electrodeposition of Nanocrystalline Nickel by using Rotating Cylindical Electrodes”, Materials Chemistry and Physics, Vol. 111, pp. 469-474, 2008.