اعمال پوشش نانوکامپوزیتی کرم کاربید تنگستن بر روی فولاد کربنی و بررسی خواص سایشی آن

یکی از رشته های زیر مجموعه فنی مهندسی که علاقمندان بسیاری در کشور ما دارد رشته مهندسی مواد و متالوژی هستش که اتفاقا سایت دیجی لود در حال تکمیل سری جدیدی از پایان نامه های ارشد این رشته تحصیلی در تمامی گرایشهای آن برای کاربران گرانقدر خود میباشد. دیجی لود در ادامه پایان نامه ” اعمال پوشش نانوکامپوزیتی کرم کاربید تنگستن بر روی فولاد کربنی و بررسی خواص سایشی آن ” با فرمت Word (قابل ویرایش) در 114 صفحه را معرفی مینماید.

چکیده پایان نامه اعمال پوشش نانوکامپوزیتی کرم کاربید تنگستن بر روی فولاد کربنی و بررسی خواص سایشی آن :

آبكاري الكتريكي يکي از روش هاي مناسب جهت همرسوبي ذرات ريز فلزي، غير فلزي و پليمري در زمينه فلزي است. در اين تحقيق پوشش نانوکامپوزیتی کرم کاربید تنگستن با استفاده از جريان پالسي مربعي روی فولاد کربنی ايجاد شد. تاثير پارامترهاي آبکاري مانند غلظت سورفکتانت SDS و افزودني ساخارين به عنوان ريزکننده، دانسيته جريان، سیکل کاري و فرکانس بر روي سختی، درصد وزني ذرات و نحوه توزيع آن ها در پوشش بررسي شد.

در این تحقیق سعی شد عواملی همچون نوع حمام، دما، pH و میزان تلاطم ثابت در نظر گرفته شوند. به علاوه، تاثير پارامترهاي آبکاري بر رفتار سايشي پوشش مورد بررسي قرار گرفت. جهت بررسي مورفولوژي سطح پوشش و توزیع ذرات و درصد وزنی آن ها در پوشش از ميکروسکوپ الکتروني روبشي مجهز به آنالیزور EDS و جهت بررسی خواص پوشش از آزمون های سختی و سایش استفاده شد. نتايج نشان داد که افزايش غلظت ساخارين به حمام، به کاهش درصد وزني ذرات و افزایش غلظت SDS تا 1 گرم بر لیتر به افزایش درصد وزنی ذرات و کاهش قطر ذرات و توزيع بهتر آن ها در پوشش منجر مي شود. همچنين با افزایش دانسيته جريان تا 15 آمپر بر دسیمتر مربع به افزايش حضور ذرات در پوشش و افزايش سختی پوشش منجر مي شود. با افزایش سیکل کاری حضور ذرات در پوشش کم می شود. افزايش فرکانس از 1 تا 1000 هرتز باعث افزایش حضور ذرات در پوشش مي شود. همچنین حضور بیشتر و توزیع یکنواخت تر ذرات در پوشش منجر به افزایش سختی و (در پوششهای بدون ترک) بهبود مقاومت سایشی پوشش می گردند.

فهرست مطالب

چکیده	1
مقدمه	2
فصل اول : کلیات کلیات	3 4
فصل دوم : مروری بر منابع	5
2-1- مقدمه	6
2-2- آبکاری الکتریکی	6
2-2-1- مزایا و معایب آبکاری الکتریکی	7
2-3- آبکاری پوشش های کامپوزیتی	8
2-3-1- مزایا و معایب آبکاری کامپوزیتی	9
2-4- پوشش های نانوکامپوزیتی	10
2-4-1- روش تولید پوشش های نانوکامپوزیتی	10
2-4-2- کاربرد پوشش های نانوکامپوزیتی	11
2-5- مکانیزم رسوب الکتریکی	12
2-5-1- رسوبگذاری کرم سه ظرفیتی	13
2-5-2- کمپلکس سازهای کرم	14
2-6- آبکاری کرم سه ظرفیتی	15
2-6-1- ترکیب حمام کرم سه ظرفیتی	15
2-6-2- ویژگی های ترکیب حمام آبکاری	16
2-6-3- مشکلات آبکاری کرم سه ظرفیتی	16
2-7- مکانیزمهای همرسوبی الکتروشیمیایی	17
2-7-1- مدل کلاسیک گاگلیمی	18
2-7-2- مدل Celies	21
2- 8- پایداری پراکندگی سیستمهای کلوئیدی	22
2-8-1- توزیع فیزیکی نانو ذرات با عملیات اولتراسونیک	23
2-8-2- روش های شیمیایی پراکندگی سیستمهای کلوئیدی	23
2-9- تاثیر نوع جریان آبکاری	27
2-10- تاثیر زمان روشنایی و خاموشی	28
2-11- تاثیر دانسیته جریان	29
2-12- روش های تعیین ذرات پراکنده در پوشش	33
2-12-1- روش وزنی	33
2-12-2- روش میکروسکوپی	33
2-12-3- روش میکروآنالیزورهای پروپ الکترونی	33
2-12-4- روش طیف نگاری مرتبط با فوتون (PCS)	34
2-13- سایش و مکانیزمهای آن	34
فصل سوم : روش انجام آزمایش	37
3-1- مواد مورد استفاده	38
3-2- وسايل و تجهيزات مورد استفاده جهت آبكاري	39
3-2-1- منبع جريان	40
3-3- آماده سازي الكتروليت و آبكاري نمونه ها	41
3-4- ارزيابي نمونه ها	44
3-5- نحوه بررسي اثر پارامترهاي انتخاب شده بر ریز ساختار و خواص پوشش	45
3-5-1- بررسي اثر غلظت پخش كننده (SDS)	45
3-5-2- بررسي اثر افزودني ساخارين	46
3-5-3- بررسي اثر دانسيته جريان	46
3-5-4- بررسي اثر فركانس	47
3-5-5- بررسي اثر چرخه كاري	47
3-5-6- بررسي اثر غلظت كاربيدتنگستن	48
فصل چهارم : نتایج و بحث	49
4-1- بررسي اثر افزودنیها بر مورفولوژي پوششهاي نانوكامپوزيتيCr-WC	50
4-1-1- تاثير سورفكتانت SDS	51
4-1-2- تاثير افزودني ساخارين	56
4-1-3- تاثير غلظت ذرات كاربيد تنگستن در محلول	59
4-2- بررسی اثر پارامترهای آبکاری پالسی بر مورفولوژی پوششهای نانوکامپوزیتی Cr-WC	61
4-2-1- تاثير دانسيته جريان	61
4-2-2- تاثير چرخه كاري	65
4-2-3- تاثير فركانس پالس	67
4-3- بررسي اثر پارامترهاي موثر بر سختي و رفتار سايشي پوشش نانوکامپوزیتی Cr-WC	70
4-3-1- تاثير غلظت ذرات WC در حمام آبکاری	70
4-3-2- تاثير غلظت سورفكتانت SDS	73
4-3-3- تاثير افزودن ساخارين	75
4-3-4- تاثير دانسيته جريان	78
4-3-5- تاثير فركانس پالس	81
4-3-6- تاثير چرخه كاري	83
فصل پنجم : نتیجه گیری و پیشنهادها	85
نتیجه گیری	86
پیشنهادها	87
مراجع	88
مراجع فارسی	89
مراجع لاتین	90
چکیده انگلیسی	94

فهرست جدول ها

جدول 2-1- درصد حجمی ذراتی که توسط جذب ضعیف و قوی در حین ایجاد پوشش کامپوزیتی نیکل-کاربیدسیلسیم به سطح کاتد چسبیده اند	20
جدول 2-2- شرایط پایداری بر حسب پتانسیل زتا	24
جدول 2-3- شرایط گوناگون شفافیت محلول بر حسب پتانسیل غلظت ترساز	26
جدول 3-1- ترکیب و شرایط حمام مورد استفاده برای آبکاری	42
جدول 3-2- تركيب حمام الكتروپوليش	43
جدول 3-3- شرايط انجام آزمايش سايش	45
جدول 3-4- شرايط آبكاري بكار رفته براي بررسي اثر غلظت SDS	46
جدول 3-5- شرايط آبكاري بكار رفته براي بررسي اثر غلظت ساخارين	46
جدول 3-6- شرايط آبكاري بكار رفته براي بررسي اثر دانسيته جريان	46
جدول 3-7- زمان هاي روشني و خاموشي در هر فركانس	47
جدول 3-8- شرایط آبکاری بکار رفته برای بررسی اثر فرکانس	47
جدول 3-9- شرايط آبكاري بكار رفته براي بررسي اثر چرخه كاري	48
جدول 3-10- شرايط آبكاري بكار رفته براي بررسي اثر غلظت كاربيدتنگستن	48

فهرست شکل ها

شکل 2-1- شماتیکی از سلول آبکاری الکتریکی.

	7
شکل 2-2- گروه هاي مختلف مواد نانوساختار و روشهاي مختلف توليد آنها.	11
شکل 2-3- نمودار شماتیک انواع رشد.	13
شکل 2-4- مدل پنج مرحله اي Celis.	22
شکل 2-5- تصویر شماتیک از یک فعال ساز.	25
شکل 2-6- پوشش های نانو نیکل با اعمال دانسیته جریان های مختلف.	30
شکل 2-7- ارتباط دانسیته جریان پوشش دهی و اندازه دانه پوششهای نیکل نانو.	31
شکل 2-8- الگوی پراش تفرق اشعه X پوشش نانو نیکل در دانسیته جریان های مختلف.	32
شکل 3-1- تصويري شماتيک از جريان پالس مربعي و مثلثي.	40
شكل 4-1- تصاوير SEM مورفولوژي سطح پوشش كرم خالص از حمام فاقد افزودني (5/2=pH، دانسيته جريان8، چرخه کاری %50، فرکانس Hz 10، دما 27 و زمان min 100).	50
شكل 4-2- تصاوير SEM مورفولوژي سطح پوشش كامپوزيتي Cr-WC از حمام فاقد افزودني (5/2pH=، غلظت ذرات g/lit 10، دانسيته جريان 8، چرخه کاری%50، فرکانس Hz 10 ، دما27 و زمان min 100).	51
شكل 4-3- نحوه عملكرد فعال ساز سطح بر روي جدايش ذرات در حمام.	52
شكل 4-4- تصاوير SEM مورفولوژي سطح پوشش های كامپوزيتي از حمام با g/lit 1 ساخارين و حاوي a) صفر، b) 5/.، c) 1، d) 2 گرم بر ليتر SDS (5/2pH=، غلظت ذرات g/lit 10، چرخه كاري %50، فركانس Hz 10 ، دانسیته جريان 8، دما27 و زمان min 100).	53
شكل 4-5- تاثير غلظت SDS بر درصد وزني ذرات كاربيدتنگستن در پوشش Cr-WC (5/2PH=، غلظت ذرات g/lit 10، g/lit 1 ساخارین، چرخه كاري %50، فركانس Hz 10، دانسیته جريان 8، دما27 و زمان min 100).	55
شکل 4-6- تصاوير SEM مورفولوژي سطح پوشش نانوکامپوزیتی Cr-WC از حمام حاوي 1 گرم بر ليتر SDS و a) 5/0، (b1، (c5/1، (d3 گرم بر ليتر ساخارين (5/2pH=، غلظت ذرات g/lit 10، چرخه كاري ‌%50، فركانس Hz 10، دانسیته جريان8، دما27 و زمان min 100).	57
شکل 4-7- تاثير غلظت ساخارین بر درصد وزني ذرات كاربيدتنگستن در پوششهای Cr-WC (5/2pH=، غلظت ذرات g/lit 10، g/lit SDS 1، چرخه كاري %50، فركانس Hz 10، دانسیته جريان8، دما27 و زمان min100).	58
شكل 4-8- تصاوير SEM مورفولوژي سطح پوششهای كامپوزيتي Cr-WC از حمام با g/lit SDS 1، g/lit1 ساخارين، (a5، (b10، c) 20، (d 40 گرم بر ليتر كاربيدتنگستن (5/2pH=، چرخه كاري%50، فركانس Hz 10، دانسیته جريان8، دما27 و زمان min 100).	59
شكل 4-9- تصاوير SEM سطح مقطع پوششهای كامپوزيتي Cr-WC از حمام با g/lit SDS 1، g/lit 1 ساخارين، (a5، (b10، (c 20، (d 40 گرم بر ليتر كاربيدتنگستن (5/2pH=، چرخه كاري%50، فركانس Hz 10، دانسیته جريان8، دما27 و زمان min 100).	60
شكل 4-10- تاثير غلظت کاربیدتنگستن بردرصد وزني ذرات در پوششهای Cr-WC (5/2pH=، g/lit SDS 1، g/lit 1 ساخارین، چرخه كاري %50، فركانس Hz 10 ، دانسیته جريان8، دما27 و زمان min 100).	61
شكل 4-11- تصاوير SEM مورفولوژي سطح پوششهای كامپوزيتی Cr-WC از حمام با g/lit SDS 1 و g/lit 1 ساخارين با دانسيته جريانهاي (a 2، (b8، (c15 و d) 20 آمپر بر دسيمتر مربع (5/2pH= ، چرخه كاري %50، فركانس Hz 10، دما27 و زمان min 100).	62
شكل 4-12- تاثير دانسیته جریان بر درصد وزني ذرات كاربيد تنگستن در پوششهای Cr-WC (5/2pH=، غلظت ذرات g/lit 10، g/lit SDS 1، g/lit 1 ساخارین، چرخه كاري %50، فركانس Hz 10 ، دما27 و زمان min 100).	63
شكل 4-13- تصاوير SEM ازمورفورلوژي سطح پوشش نانوکامپوزیتی Cr-WC از حمام حاوی g/lit SDS 1، g/lit 1 ساخارین، درچرخه های كاري a) 30، b) 50، c) 70، d) 90 درصد (5/2pH=، غلظت ذرات g/lit، 10، فركانس Hz 10، دانسیته جريان8، دما27 و زمان min 100).	65
شكل 4-14- تاثير چرخه کاری بر درصد وزني ذرات كاربيدتنگستن در پوششهای Cr-WC (5/2pH=، غلظت ذرات g/lit 10، g/lit SDS 1، g/lit 1 ساخارین، فركانس Hz 10، دانسیته جريان8، دما27 و زمان min 100).	66
شكل 4-15- تصاوير SEM مورفولوژي سطح پوششهای كامپوزيتي Cr-WC از حمام حاویg/lit SDS 1 وg/lit 1 ساخارين (a 1، (b 10 (c 100، (d1000 هرتز (5/2pH=، غلظت ذرات g/lit 10، چرخه كاري %50، دانسیته جريان8، دما27 و زمان min 100).	68
شكل 4-16- نمودار تغييرات درصد وزني كاربيدتنگستن در پوششهای كامپوزيتي Cr-WC برحسب فركانس، در حمام آبکاری با غلظت ذرات g/lit 10، g/lit SDS 1، g/lit 1 ساخارین، 5/2pH=، چرخه كاري %50، دانسیته جريان8، دما27 و زمان min 100.	69
شكل 4-17- نمودار ريز سختي پوشش كرم خالص و پوشش كامپوزيتي Cr-WC برحسب غلظتهاي مختلف WC در حمام آبكاري با دانسيته جريان 8، چرخه كاري %50، فركانس Hz 10، SDS و ساخارين هر كدام g/lit 1.	70
شكل 4-18- نرخ سايش پوشش كرم خالص و پوشش كامپوزيتي Cr-WC بر حسب غلظتهاي مختلف WC در حمام آبكاري با دانسيته جريان 8، چرخه كاري %50، فركانس Hz 10، SDS و ساخارين هر کدام g/lit 1.	71
شكل 4-19- تصاوير SEM سطوح سایش پوشش های كامپوزيتي Cr-WC توليد شده در حمامهاي حاوي غلظتهاي a) 5، b) 10 و c) 40 گرم بر لیتر ذرات WC در آبكاري با دانسيته جريان 8، چرخه كاري %50، فركانس Hz10SDS , و ساخارين هر کدام g/lit 1.	72
شكل 4-20- نمودار ريز سختي پوشش كامپوزيتي Cr-WC بر حسب افزايش غلظت SDS در حمام آبكاري با دانسيته جريان 8، غلظت ذرات gr/lit10، چرخه كاري %50، فركانس Hz 10، SDS وساخارين هر کدام g/lit 1.	73
شكل 4-21- نرخ سايش پوششهای كامپوزيتي Cr-WC بر حسب غلظت SDS در حمام آبكاري با دانسيته جريان 8، غلظت ذرات g/lit10، چرخه كاري %50، فركانس Hz 10 و ساخارين g/lit 1.	74
شكل 4-22- ريزسختي پوششهاي كامپوزيتي Cr-WC بر حسب افزايش غلظت ساخارين در حمام آبكاري با دانسيته جريان 8، غلظت ذرات g/lit 10، چرخه كاري %50، فركانس Hz 10 و SDS g/lit 1.	75
شكل 4-23- نرخ سايش پوششهای كامپوزيتي Cr-WC بر حسب غلظت ساخارین در حمام آبكاري با دانسيته جريان 8، غلظت ذراتgr/lit 10، چرخه كاري %50، فركانس Hz 10 و SDS g/lit 1.	76
شكل 4-24- تصاوير SEM از سطوح سايش پوششهای كامپوزيتي Cr-WC در حمام با غلظتهاي a) 5/0، b) 1 و c) 3 گرم بر لیتر ساخارين با دانسيته جريان 8، چرخه كاري %50، فركانس Hz10 و SDS g/lit 1.	78
شكل 4-25- نمودار ريز سختي پوششهاي كامپوزيتي Cr-WC بر حسب مقادير مختلف دانسيته جريان در حمام آبكاري با غلظت ذرات g/lit 10، فركانس Hz 10، چرخه كاري %50، ساخارین و SDS هر کدام g/lit1.	79
شكل 4-26- نرخ سايش پوششهای كامپوزيتي Cr-WC بر حسب دانسیته جریان در حمام آبكاري با غلظت ذرات g/lit 10، ساخارین و SDSهر کدام g/lit 1، چرخه كاري %50 و فركانس Hz 10.	80
شكل 4-27- تصاوير SEM از سطوح سايش پوششهای كامپوزيتي Cr-WC بر حسب دانسیته جریانهای a) 6، b) 8 و c) 20 آمپر بر دسیمتر مربع در حمام آبكاري با غلظت ذرات g/lit 10، ساخارین و SDSهر کدام g/lit 1، چرخه كاري %50 و فركانس Hz 10.	81
شكل 4-28- نمودار ريز سختي پوششهای كامپوزيتي Cr-WC در فركانسهاي مختلف در حمام آبكاري با دانسيته جريان8، چرخه كاري %50، غلظت ذرات g/lit 10، ساخارین و SDS هر کدام g/lit 1.	82
شكل 4-29- نرخ سايش پوششهای كامپوزيتي Cr-WC بر حسب فرکانس در حمام آبكاري با دانسيته جريان8، غلظت ذرات g/lit 10، چرخه كاري %50، ساخارین و SDSهر کدامg/lit 1.	82
شكل 4-30- نمودار ريز سختي پوششهای كامپوزيتي Cr-WC در چرخه های کاری مختلف در حمام آبكاري با دانسيته جريان8، غلظت ذرات g/lit 10، چرخه كاري %50، ساخارین و SDSهر کدامg/lit 1.	83
شكل 4-31- نرخ سايش پوششهای كامپوزيتي Cr-WC بر حسب چرخه کاری در حمام آبكاري با دانسيته جريان8، غلظت ذرات g/lit 10، فركانس Hz 10، ساخارین و SDS هرکدام g/lit 1.	84