Transcript پوشش های کامپوزیتی زمینه فلزی حاوی ذرات سرامیکی

‫به نام خدا‬
‫پوشش های کامپوزیتی زمینه فلزی حاوی ذرات سرامیکی‬
‫مهرداد محمدی‬
‫‪87127072‬‬
‫استاد راهنما‪:‬‬
‫دکتر فرزاد محبوبی‬
‫‪1‬‬
‫فهرست‬
‫‪ ‬مقدمه‬
‫‪ ‬پوشش های کامپوزیتی‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪2‬‬
‫آبکاری کامپوزیتی‬
‫کاربرد‬
‫پوشش های کامپوزیتی ‪Ni-WC‬‬
‫جمع بندی‬
‫مقدمه‬
‫‪ ‬پوشش نیکل خالص دارای مقاومت به خوردگی باال ولی مقاومت به‬
‫سایش کم‬
‫‪ ‬افزودن ذرات تقویت کننده به منظور بهبود خواص زمینه‬
‫‪ ‬به کارگیری ذرات با ابعاد نانو به منظور بهبود خواص‬
‫‪3‬‬
‫پوشش های کامپوزیتی‬
‫‪ ‬پوشش های پیشرفته ای با خواص منحصر به فرد‬
‫‪ ‬اولین پوشش کامپوزیتی‬
‫اجزای موتور ماشین‬
‫‪4‬‬
‫پوشش مس‪-‬گرافیت برای‬
‫پوشش های کامپوزیتی‬
‫‪ ‬متشکل از دو یا چند جزء جزء اصلی‪ ،‬زمینه‬
‫ذرات تقویت کننده‪ ،‬فاز دوم‬
‫کاربید ها ‪SiC, WC, TiC‬‬
‫‪ ‬ذرات تقویت کننده‬
‫اکسید ها ‪Al2O3, TiO2, SiO2‬‬
‫روان کننده های جامد ‪ ،MoS2‬گرافیت‬
‫‪5‬‬
‫روش های تولید‬
‫‪ ‬پاشش حرارتی‬
‫‪ ‬رسوب بخار فیزیکی‬
‫‪ ‬رسوب بخار شیمیایی‬
‫‪ ‬جوشکاری‬
‫‪ ‬رسوب دهی الکتریکی‬
‫‪6‬‬
‫آبکاری الکتریکی‬
‫‪ ‬یکی از روش های اصالح سطح‬
‫‪ ‬اعمال یک یا چند الیه با استفاده از حمام آبکاری و جریان برق‬
‫‪ ‬تجهیزات‬
‫‪7‬‬
‫آند و کاتد‬
‫منبع جریان‬
‫محلول الکترولیت‬
‫هم زن‬
‫منبع گرمایی‬
‫آبکاری کامپوزیتی‬
‫‪ ‬دسته ای از فرآیندهای آبکاری‬
‫ابعاد میکرو یا نانو در حمام آبکاری‬
‫معلق شدن ذراتی با‬
‫پیوستن ذرات پراکنده‬
‫‪ ‬رسوب دهی هم زمان الکتریکی‬
‫نامحلول در الکترولیت در حین رسوب دهی الکتریکی یک فلز‬
‫‪8‬‬
‫مزایا آبکاری کامپوزیتی‬
‫‪ ‬نبود مشکالت مربوط به فرآیندهای دما و فشار باال‬
‫‪ ‬توانایی تشکیل پیوند اتمی با زیرالیه‬
‫‪ ‬توانایی انجام فرآیند به طور مداوم‬
‫‪ ‬میزان کم آلودگی نسبت به روش های دیگر‬
‫‪9‬‬
‫معایب آبکاری کامپوزیتی‬
‫‪ ‬کاهش خاصیت انعطاف پذیری با افزودن ذرات سرامیکی‬
‫‪ ‬چسبندگی کم میان پوشش و زیرالیه‬
‫‪ ‬توده ای شدن ذرات به ویژه هنگام استفاده از ذرات نانو‬
‫‪10‬‬
‫پایداری پراکندگی سیستم های کلوئیدی‬
‫‪ ‬برای رسیدن به خواص مطلوب پوشش‬
‫ای شدن ذره ها در حمام آبکاری‬
‫‪ ‬انرژی بین دو ذره‬
‫ذرات از یک دیگر‬
‫‪11‬‬
‫جلوگیری از توده‬
‫تعیین کننده توده ای شدن یا جداشدن‬
‫پایداری پراکندگی سیستم های کلوئیدی‬
‫‪Vtot  Vvdw  Velect  Vs  Vm‬‬
‫توده ای شدن‬
‫‪: Vvdw‬‬
‫‪Eattract  Erepel‬‬
‫انرژی پتانسیل جاذبه ای به سبب نیروی واندروالس بین ذرات‬
‫‪ : Velect‬انرژی پتانسیل دافعه ای ناشی از واکنش های الکترواستاتیک بین سطوح هم بار ذرات‬
‫‪: Vs‬‬
‫انرژی پتانسیل مربوط به دافعه بین سطوحی که با مواد افزودنی پوشیده شده اند‬
‫‪ : Vm‬انرژی پتانسیل مربوط به وجود مواد جذب نشده درون حمام آبکاری بر روی ذرات‬
‫‪12‬‬
‫روش های فیزیکی پراکندگی سیستم های کلوئیدی‬
‫‪ ‬استفاده از انرژی هایی مانند انرژی فراصوتی‬
‫از یکدیگر‬
‫‪ ‬قرار گرفتن حباب های هوا در سطح بین ذرات‬
‫توده ای شدن مجدد ذرات‬
‫‪13‬‬
‫با استفاده از انرژی فراصوتی‬
‫جدا شدن ذرات‬
‫جلوگیری از‬
‫بدون استفاده از انرژی فراصوتی‬
‫روش های شیمیایی پراکندگی سیستم های کلوئیدی‬
‫‪ ‬کاهش قطر توده ها با افزودن عامل سطحی‪ ،‬کاهش قدرت یونی‬
‫حمام و تغییر ‪pH‬‬
‫‪14‬‬
‫کاربرد پوشش های کامپوزیتی‬
‫‪Ni-Al2O3‬‬
‫مقاومت به اکسیداسیون بهتر در اتمسفرهای غنی از اکسیژن نسبت به نیکل خالص‬
‫‪Ni-TiO2‬‬
‫افزایش عمر اقتصادی در پل های پیچشی‬
‫الماس‬
‫کروم‪-‬‬
‫‪Ni-SiC‬‬
‫‪Ni-WC‬‬
‫سایش با‬
‫مقاومت به‬
‫نیازمندباالبه‬
‫ماشین‬
‫برشی‪،‬دراجزای‬
‫ابزار‬
‫حرارتی‬
‫خوردگی باال‬
‫سایشی و‬
‫مقاومتال به‬
‫مقاومت‬
‫افزایش‬
‫سایش و‬
‫برای‬
‫مقاومت به‬
‫سرعت‬
‫سختی‪،‬‬
‫موتورهای‬
‫نیازمند به‬
‫های‬
‫سیلندر‬
‫قالب‬
‫داخلی‬
‫سطحابزار و‬
‫‪15‬‬
‫کامپوزیتی ‪Ni-WC‬‬
‫های نمونه‬
‫پوششسازی‬
‫آماده‬
‫‪ ‬سنباده زنی و پولیش کردن نمونه‬
‫‪ ‬چربی زدایی و اسید شویی زیر الیه قبل از آبکاری‬
‫شدن سطح از اکسید و چربی‬
‫‪16‬‬
‫پاک‬
‫محلول آبکاری‬
‫‪ ‬محلول واتس‬
‫‪ ‬کلرید نیکل‬
‫‪ ‬اسید بوریک‬
‫‪17‬‬
‫غلظت )‪(g/l‬‬
‫ترکیب محلول‬
‫‪250‬‬
‫سولفات نیکل‬
‫‪35‬‬
‫کلرید نیکل‬
‫‪40‬‬
‫اسید بوریک‬
‫به عنوان نمک رسانا‬
‫برای ثابت نگه داشتن ‪pH‬‬
‫ذرات کاربید تنگستن‬
‫‪ ‬دارای سختی و مقاومت به سایش زیاد‬
‫‪ ‬حفظ خواص در دمای باال‬
‫‪ ‬استفاده از ذرات با ابعاد ‪ 20-100‬نانومتر در محلول آبکاری‬
‫‪ ‬هم زدن ذرات در حمام قبل از آبکاری‬
‫‪18‬‬
‫معلق شدن یک نواخت‬
‫دمای الکترولیت‬
‫‪ ‬دمای ‪50°c‬‬
‫توزیع یک نواخت کاربید تنگستن در پوشش‬
‫دمای ‪50°c‬‬
‫‪Surface & coatings technology, 187 (2004) 93– 97.‬‬
‫‪19‬‬
‫دمای الکترولیت‬
‫‪ ‬توده ای شدن ذرات در دماهای باالی ‪50°c‬‬
‫دمای ‪60°c‬‬
‫‪Surface & coatings technology, 187 (2004) 93– 97.‬‬
‫‪20‬‬
‫دمای الکترولیت‬
‫‪ ‬افزایش دما تا ‪50°c‬‬
‫رسوب کرده در پوشش‬
‫‪ ‬افزایش بیشتر دما‬
‫رسوب کرده‬
‫افزایش درصد وزنی کاربید تنگستن‬
‫کاهش درصد وزنی کاربید تنگستن‬
‫افزایش فعالیت ذرات در الکترولیت و کنده شدن ذرات از سطح کاتد‬
‫‪21‬‬
‫جریان‬
‫‪ ‬جریان مستقیم‬
‫چگالی جریان )‪(A/cm2‬‬
‫بازده جریان کاتدی‬
‫‪%WC‬‬
‫‪37‬‬
‫‪0/1‬‬
‫‪75‬‬
‫‪19‬‬
‫‪0/2‬‬
‫‪99‬‬
‫‪10‬‬
‫‪0/3‬‬
‫‪66‬‬
‫‪ ‬افزایش چگالی جریان‬
‫کاهش وزن کاربید تنگستن در پوشش‬
‫افزایش بازده جریان کاتدی‬
‫‪ ‬افزایش چگالی جریان‬
‫مربوط به افزایش نیکل در پوشش با افزایش چگالی جریان‬
‫‪22‬‬
‫جریان‬
‫‪ ‬اعمال جریان ضربانی‬
‫‪ ‬در فرکانس پایین دوره‬
‫خاموشی طوالنی تر‬
‫‪0/4m µ‬‬
‫‪0/7m µ‬‬
‫زدوده شدن تعداد بیشتری‬
‫از ذرات از روی سطح الکترود‬
‫‪Journal of applied electrochemistry, Vol.34, pp 175, (2004).‬‬
‫‪23‬‬
‫جریان‬
‫‪ ‬استفاده از جریان ضربانی‬
‫‪24‬‬
‫بهبود کیفیت رسوب‬
‫کاهش تعداد حفره ها‬
‫رسیدن به رسوب متراکم‬
‫مقدار بیشتر ذرات کاربید تنگستن‬
‫توزیع یک نواخت تر ذرات کاربید تنگستن‬
‫جریان‬
DC ‫جریان‬
PC ‫جریان‬
Surface & coatings technology, 195 (2005) 325-332.
25
‫خواص سایشی پوشش‬
‫‪ ‬کاهش ریز سختی با افزایش چگالی جریان‬
‫میانگین‬
‫ریز سختی‬
‫چگالی جریان‬
‫‪26‬‬
‫‪Tribology international, 37 (2004) 743–749.‬‬
‫خواص سایشی پوشش‬
‫‪ ‬افزایش ریز سختی با افزایش درصد وزنی کاربید تنگستن در پوشش‬
‫میانگین‬
‫ریز سختی‬
‫اثر پراکنده سختی‬
‫‪WC‬‬
‫‪27‬‬
‫‪Tribology international, 37 (2004) 743–749.‬‬
‫خواص سایشی پوشش‬
‫نیکل خالص‬
‫ضریب اصطکاک‬
‫فوالد کم کربن‬
‫سیکل‬
‫‪28‬‬
‫‪Tribology international, 37 (2004) 743–749.‬‬
‫خواص سایشی پوشش‬
‫ضریب اصطکاک‬
‫‪29‬‬
‫‪Tribology international, 37 (2004) 743–749.‬‬
Ni-37WC
Ni-19WC
Ni-10WC
‫فوالد کم کربن‬
‫نیکل خالص‬
Tribology international, 37 (2004) 743–749.
30
‫جمع بندی‬
‫‪ ‬توجه به پوشش های کامپوزیتی به لحاظ خواص منحصر به فردشان‬
‫‪ ‬استفاده از ذرات با ابعاد نانو در این پوشش ها و بهبود ریز سختی‪،‬‬
‫مقاومت به سایش و خوردگی‬
‫‪ ‬کاربرد در صنایع مختلفی همچون خودروسازی و صنایع هوایی‬
‫برای اجزای موتور‪ ،‬ابزار برش و سطوح داخلی قالب ها‬
‫‪ ‬بهبود خواص پوشش ‪ Ni-WC‬با اعمال جریان ضربانی‬
‫‪31‬‬
‫باتشکر‪...‬‬
‫‪32‬‬