تأثیر غلظت نانو الماس روی رفتار سایشی پوشش‌های کامپوزیتی نیکل-بور-نانو الماس
الموضوعات :
سید صابر میرحسینی
1
(دانشکده مهندسی مواد و متالورژی- دانشگاه صنعتی امیرکبیر- تهران)
فرزاد محبوبی
2
(1- دانشکده مهندسی مواد و متالورژی دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران)
الکلمات المفتاحية: کامپوزیت, سایش, الکترولس, نانو الماس, نیکل-بور,
ملخص المقالة :
از مهمترین عملیات تکمیلی که معمولاً به‌عنوان فرآیند نهایی به هنگام تولید یک قطعه انجام میشود، اصلاح خواص سطحی با عملیات مهندسی سطح است. تعداد بسیاری از فلزات را می‌توان به روش الکترولس پوشش دهی کرد. پوشش‌های الکترولس نیکل-بور به دلیل قیمت ارزان و قابلیت پوشش‌دهی یکنواخت، کاربرد بسیار گسترده‌ای در صنعت یافته است. در این مقاله، پوشش الکترولس نیکل-بور-نانو الماس با غلظت‌های مختلف نانو الماس روی فولاد AISI 4140 لایه نشانی شد و خواص ساختاری و رفتار سایشی آن مورد بررسی قرار گرفت. خواص ساختاری پوشش‌ها به کمک آزمون‌های پراش اشعه ایکس، میکروسکوپ الکترونی روبشی و آزمون سختی سنجی بررسی شد. همچنین ضریب اصطکاک و خواص سایشی نمونه‌ها به کمک آزمون پین روی دیسک مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج نشان می‌دهد با افزایش غلظت نانو الماس ساختار پوشش از حالت آمورف به حالت شبه بلوری تغییر می‌یابد. علاوه بر این، تصاویر میکروسکوپ الکترونی و نتایج حاصل از آزمون سختی سنجی نشان می‌دهد که اضافه کردن نانو الماس به حمام الکترولس سبب افزایش سختی می‌گردد. اضافه کردن نانو الماس تا غلظت g/L 5/0 باعث بهبود مقاومت سایشی و کاهش ضریب اصطکاک شد. بااین‌وجود افزایش غلظت نانو الماس تا g/L 1 به دلیل آگلومره شدن نانو الماس‌ها سبب افزایش نرخ سایش ویژه پوشش شد.
[1] V. Vitry & F. Delaunois, "Formation of borohydride-reduced nickel – boron coatings on various steel substrates", Appl. Surf. Sci, vol. 359, pp.692–703, 2015.
[2] Q. Rao, G. Bi, Q. Lu, H. Wang & X. Fan, "Microstructure evolution of electroless Ni-B film during its depositing process", Appl. Surf. Sci, vol. 240, pp. 28–33, 2005.
[3] Z. A. Hamid, H. B. Hassan & A. M. Attyia, "Influence of deposition temperature and heat treatment on the performance of electroless Ni–B films", Surf. Coatings Technol, vol. 205, pp. 2348–2354, 2010.
[4] م. بیدرام، ک. امینی، ع. شفیعی و م. ح. بینا، "ايجاد پوشش كامپوزيتي نيكل- بور-كاربيد تنگستن نانوكريستالي به روش الكترولس و بررسي خواص تريبولوژيكي آن"، فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، دوره 7، شماره 2، صفحه 17-23، 1392.
[5] P. Sahoo & S. K. Das, "Tribology of electroless nickel coatings–a review" Mater. Des, vol. 32, pp. 1760–1775, 2011
[6] V. Vitry & L. Bonin, "Formation and characterization of multilayers borohydride and hypophosphite reduced electroless nickel deposits", Electrochim. Acta, vol. 243, pp. 7–17, 2017.
[7] F. Madah, A. A. Amadeh & C. Dehghanian, "Investigation on the phase transformation of electroless Ni-B coating after dry sliding against alumina ball", J. Alloys Compd, vol. 658, pp. 272–279, 2016.
[8] A. Mukhopadhyay, T. K. Barman & P. Sahoo, "Tribological behavior of sodium borohydride reduced electroless nickel alloy coatings at room and elevated temperatures", Surf. Coatings Technol, vol. 321, pp. 464–476, 2014.
[9] M. Anik, E. Körpe & E. Şen, "Effect of coating bath composition on the properties of electroless nickel–boron films", Surf. Coatings Technol, vol. 202, pp. 1718–1727, 2008.
[10] P. Wu, H. M. Du, X. L. Chen, Z. Q. Li, H. L. Bai & E. Y. Jiang, "Influence of WC particle behavior on the wear resistance properties of Ni–WC composite coatings", Wear, vol. 257, pp. 142–147, 2004.
[11] L. Chen, L. Wang, Z. Zeng & T. Xu, "Influence of pulse frequency on the microstructure and wear resistance of electrodeposited Ni–Al2O3 composite coatings", Surf. Coatings Technol, vol. 201, pp. 599–605, 2006.
[12] M. Mu, X. Zhou, Q. Xiao, J. Liang & X. Huo, "Preparation and tribological properties of self-lubricating TiO2/graphite composite coating on Ti6Al4V alloy", Appl. Surf. Sci, vol. 258, pp. 8570–8576, 2012.
[13] E. Georgiza, V. Gouda & P. Vassiliou, "Production and properties of composite electroless Ni-B-SiC coatings", Surf. Coatings Technol, vol. 325, pp. 46–51, 2017.
[14] C. Gheorghies, G. Carac & I. V Stasi, "Preparation and structural characterization of nickel/alumina nano-particles composite coatings", J. Optoelectron. Adv. Mater, vol. 8, pp. 1234, 2006.
[15] C. Li, Y. Wang & Z. Pan, "Wear resistance enhancement of electroless nanocomposite coatings via incorporation of alumina nanoparticles prepared by milling", Mater. Des, vol. 47, pp. 443–448, 2013.
[16] K. Iakoubovskii, M. V Baidakova, B. H. Wouters, A. Stesmans, G. J. Adriaenssens, A. Y. Vul & P. J. Grobet, "Structure and defects of detonation synthesis nanodiamond", Diam. Relat. Mater, vol. 9, pp. 861–865, 2000.
[17] H. Matsubara, Y. Abe, Y. Chiba, H. Nishiyama, N. Saito, K. Hodouchi & Y. Inoue, "Co-deposition mechanism of nanodiamond with electrolessly plated nickel films", Electrochim. Acta, vol. 52, 2017, pp. 3047–3052.
[18] C. C. Hung, C. C. Lin & H. C. Shih, "Tribological studies of electroless nickel/diamond composite coatings on steels", Diam. Relat. Mater, vol. 17, pp. 853–859, 2018.
[19] V. V. N. Reddy, B. Ramamoorthy & P. K. Nair, "A study on the wear resistance of electroless Ni–P/Diamond composite coatings", Wear, vol. 239, pp. 111–116, 2000.
[20] Y. Zhu, Y. Chen, C. Zhu & X. Shen, "Ni-P-Nanodiamond composite electroless plating", Acta Metall. Sin. English Lett, vol. 23, pp. 409–415, 2010.
[21] H. Mazaheri & S. R. Allahkaram, "Deposition, characterization and electrochemical evaluation of Ni–P–nano diamond composite coatings", Appl. Surf. Sci, vol. 258, pp. 4574–4580, 2012.
[22] M. Abdoli, A. Sabour Rouhaghdam, "Preparation and characterization of Ni–P/nanodiamond coatings: Effects of surfactants", Diam. Relat. Mater, vol. 31, pp. 30–37.
[23] H. Xu, Z. Yang, M. K. Li, Y. L. Shi, Y. Huang & H. L. Li, "Synthesis and properties of electroless Ni-P-Nanometer Diamond composite coatings", Surf. Coatings Technol, vol. 191, pp. 161–165, 2005.
[24] ع. شجاعی ابری، م. علیزاده، ر. بارباز اصفهانی و س. صابر سمندری، "بررسی خواص سایشی، سختی، ریزساختاری و رفتار خوردگی فولاد St52 پوشش داده شده توسط ذرات نیکل-کاربید تنگستن به‌وسیله روش جوش‌کاری قوس تنگستن-گاز"، مواد پیشرفته و پوشش‌های نوین، شماره 21، صفحه 1488-1475، 1396.
[25] V. Vitry, A. Sens, A. F. Kanta & F. Delaunois, "Experimental study on the formation and growth of electroless nickel–boron coatings from borohydride-reduced bath on mild steel", Appl. Surf. Sci, vol. 263, pp. 640–647, 2012.
[26] Q. L. Rao, G. Bi, Q. H. Lu, H. W. Wang & X. L. Fan, "Microstructure evolution of electroless Ni-B film during its depositing process", Appl. Surf. Sci, vol. 240, pp. 28–33, 2005.
[27] V. Vitry & L. Bonin, "Increase of boron content in electroless nickel-boron coating by modification of plating conditions", Surf. Coatings Technol, vol. 311, pp. 164–171, 2017.
[28] S. Yazdani, R. Tima & F. Mahboubi, "Investigation of wear behavior of as-plated and plasma-nitrided Ni-B-CNT electroless having different CNTs concentration", Appl. Surf. Sci, vol. 457, pp. 942–955, 2018.
[29] L. Gou, P. G. Liu, D. Liu, C. Y. Wang, H. Y. Lei, Z. Y. Li, X. Y. Fan & D. L. Li, "Rational synthesis of Ni 3 (HCOO) 6/CNT ellipsoids with enhanced lithium storage performance: inspired by the time evolution of the growth process of a nickel formate framework", Dalt. Trans, vol. 46, pp. 6473–6482, 2017.
[30] ی. ذاکری نیا و ر. بازرگان لاری، "اعمال پوشش نانو کامپوزیتی Ni-B-ZrO2 به روش الکترولس بر روی فولاد CK45 و بررسی خواص تریبولوژیکی آن"، فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، دوره 10، شماره 4، صفحه 99-89، 1395.
[31] V. Vitry & L. Bonin, "Increase of boron content in electroless nickel-boron coating by modification of plating conditions", Surf. Coatings Technol, vol. 311, pp. 164–171, 2017.
[32] V. Vitry, A. Sens, A. F. Kanta & F. Delaunois, "Experimental study on the formation and growth of electroless nickel–boron coatings from borohydride-reduced bath on mild steel", Appl. Surf. Sci, vol. 263, pp. 640–647, 2012.
[33] S. Yazdani, R. Tima & F. Mahboubi, "Investigation of wear behavior of as-plated and plasma-nitrided Ni-B-CNT electroless having different CNTs concentration", Appl. Surf. Sci, vol. 457, pp. 942–955, 2018.
[34] E. Correa et al., "Tribological behavior of electroless Ni-B coatings on magnesium and AZ91D alloy", Wear. vol. 305, pp. 115–123, 2013.
[35] G. Yamamoto, K. Shirasu, Y. Nozaka, Y. Sato, T. Takagi & T. Hashida, "Structure–property relationships in thermally-annealed multi-walled carbon nanotubes", Carbon N. Y, vol. 66, pp. 219–226, 2014.
