ساخت فوم سلول باز مسی و بررسی ریزساختار آن

محورهای موضوعی : فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین

مهسا شاهسون ¹ , سید محمد حسین میرباقری ²

1 - کارشناس ارشد مهندسی مواد و متالورژی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر
2 - دانشیار گروه مهندسی متالورژی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر

تاریخ دریافت : 1396/01/07 تاریخ پذیرش : 1397/02/18 تاریخ انتشار : 1397/02/01

کلید واژه: اسفنج سلول باز پلیمری )پلی اورتان(, رسوب دهی الکتریکی, رسوب‌دهی الکترولس, فوم سلول باز مسی, سطح ویژه,

چکیده مقاله :

هدف از پژوهش حاضر، ارائه روش ساخت فوم­ سلول باز مسی با سطح ویژه بالا به روش شیمی تر است. از میان روش­های مختلف تولید فوم سلول باز فلزی، روش رسوب­دهی الکتریکی به دلیل تمیز و ارزان بودن نسبت به روش­های دیگر انتخاب شد. در این روش از اسفنج سلول باز پلیمری )پلی اورتان( به عنوان پیش‌ماده استفاده شد. سپس با انتخاب محلول­های شیمیایی مناسب طبق یک دانش فنی مشخص، ابتدا سطح فوم پلیمری فعال شده و سپس به کمک روش رسوب­دهی الکترولس، سطوح فعال شده پلیمر با یک لایه بسیار نازک از فلز مس پوشش گرفت. در مرحله نهایی با به‌کارگیری فرآیند رسوب­دهی الکتریکی، لایه نازک مسی حاصل از فرآیند الکترولس به ضخامتی که دارای حداقل استحکام لازمه است، افزایش داده شد. نتایج نشان می­دهد که در روش رسوب­دهی الکتریکی می­توان ضخامت 3-5 میکرونی مرحله الکترولس را به مقادیر 100-150 میکرون افزایش داد. نتایج میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) نشان می­دهد، ریزساختار پوشش حاصله به صورت گلوبولار است. همچنین با کنترل ضخامت رسوب مس در مرحله الکترولیز می­توان سطح ویژه فوم را افزایش داد. نتایج نشان می­دهد که زمان بهینه فرآیند الکترولس بین 5 تا 7 دقیقه و زمان الکترولیز یک ساعت است و فوم سلول باز مسی به دست آمده سبک بوده و سطح ویژه بالایی برای تبادل حرارت دارد.

چکیده انگلیسی:

The aim of this study is to provide a method of making ultralight open cell copper foam with high surface area using chemical procedures. Among the various methods of making open-cell metal foams, electrodeposition method is selected because it can be done in a clean way and is cheaper than other methods. In this method, an open cell polyurethane sponge was used as substrate. Then by choosing appropriate chemical solutions with specific technical knowledge, first polyurethane surface has activated and then by electroless-deposition method, polyurethane activated surface covered with a thin layer of copper. In the final stage, with the aid of electrodeposition the thickness of copper layer was increased to the desired thickness with a minimum required strength. The results show that electrodeposition can increase the thickness of copper layer from3-5 microns that is obtained in electroless-deposition method to above100 to 150 microns. SEM results show that the micro structure of the deposited layer is globular. By controlling the thickness of deposited copper in electroplating, the surface area of the copper foam can be increased. According to results optimum time for electroless-deposition is between 5 to 7 minutes and for electrodeposition is 1 hour. The open-cell copper foam that is produced in this research is ultralight and due to it high surface can transfer heat with high rates.

منابع و مأخذ:

1- M.F. Ashby, A.G. Evans, N.A. Fleck, L.J. Gibson, J.W. Hutchinson and H.N.G. Wadley, “Metal Foams: A Design Guide”, Butterworth-Heinemann,2000.

2- L.J. Gibson, M.F. Ashby, “Cellular Solids: Structure and Properties”, Butterworth-Heinemann, 2^ndedition, Cambridge University Press,1999.

3- W. Gui-xiang, L. Ning, H. Hui-li, Y. Yuan-chun, “Metal foams as Compact High performance heat exchangers”, Mechanics of Materials 35, 1161-1176, 2003.

4- P. Quadbeck, K. Kummel, R. Hauser, G. Standke, J. Adler, G. Stephani, “Open Cell Metal Foams”, Application Oriented Structure and Material Selection.

5- T. Qing-hua, G. Xue-yi, “Electroless Copper Plating on Microcellular Polyurethane Foam”,Trans. Nonferrous Met. Soc. China 20, 283-287, 2010.

 6- M. Schlesinger, M. Paunovic, “Modern Electroplating”, John Wiley & Sons, 5^th edition, 2010.

7- W. Gui-xiang, L. Ning, H. Hui-li, Y. Yuan-chun, “Process of Direct Copper Plating on ABS Plastics”, Applied Surface Science, Vol.  253, pp.480-484, 2006.

8- ASM Specialty Handbook: Copper and Copper Alloys J.R. Davis, editor, 2001.

9- K.L. Mittal, A.G. Evans, “Metalized Plastics 2: Fundamental and Applied Aspects”, Springer, Canada, 1991.

10- M. Paunovic, M. Schlesinger; “Fundamentals of Electrochemical Deposition”, Wiley, New York, 1998.

11- D.A. Radovsky, B.J. Ronkese, et al., “Method of Electroplating on a Dielectric Base”, US-patent: 3,099,608 7 (1963).

12 - مهسا شاه­سون "بررسی اثر پارامترهای موثر بر تولید فوم سلول باز مسی از محلول آبی بر ساختار متالورژیکی" پایان نامه کارشناسی، دانشکده مهندسی معدن و متالورژی، دانشگاه امیرکبیر تهران، 23 شهریور 95.

13- سید محمد حسین میرباقری، حسین سلطانی و حامد والی،"تعیین سیکل عملیات حرارتی پیرسازی فوم کامپوزیتی پایه آلومینیم  A356+4%wt.Cu و مقایسه خواص مکانیکی آن با فوم A356، مجله مواد نوین، دوره:6، شماره:21، پاییز1396، صفحه 37-52.