بهینه‌سازی عملیات‌حرارتی پوشش‌ الکترولس Ni-P به کمک روش‌شناسی سطح پاسخ باهدف بهبود همزمان سختی و رفتار خوردگی

فرآیندهای نوین در مهندسی مواد

مقاله 18، دوره 10، شماره 1 - شماره پیاپی 36، خرداد 1395، صفحه 197-206   

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

جواد گلاب^{* 1}؛ مصطفی علیشاهی²

¹کارشناسی ارشد، باشگاه پژوهشگران جوان، واحد نیشابور، دانشگاه آزاد ، نیشابور

²دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی معدن و متالورژی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر

چکیده

در این پژوهش پوشش الکترولس نیکل-فسفر روی فولاد ساده کربنی رسوب داده‌شده و با استفاده از روش طراحی آزمایش روش‌شناسی سطح پاسخ (RSM)، تأثیر دما و زمان عملیات حرارتی بر سختی و رفتار خوردگی آن بررسی شد. پوشش‌ها به کمک آنالیز پراش پرتوایکس (XRD)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و طیف‌نگاری تفکیک انرژی (EDS) مشخصه‌یابی شده و رفتار خوردگی آن‌ها با استفاده از آزمون پلاریزاسیون تافل ارزیابی شد. نتایج نشان دادند ساختار کریستالی پوشش اولیه آمورف است و عملیات حرارتی سبب کریستالیزاسیون نیکل و همچنین رسوب فاز فسفید نیکل می‌شود. همچنین سختی پوشش‌ها به‌شدت وابسته به سیکل عملیات حرارتی است به نحوی که افزایش دما و زمان عملیات در ابتدا سبب افزایش و در ادامه کاهش سختی می‌شود. کمترین نرخ خوردگی در دمای عملیات 400 درجه سانتی‌گراد و زمان بین 70-80 دقیقه حاصل شد. عملیات حرارتی در دمای حدود 450 درجه سانتی‌گراد به مدت 75 دقیقه، سیکل بهینه عملیات حرارتی جهت حصول سختی بیشتر از 900 ویکرز و نرخ خوردگی کمتر از mpy 2 است.

کلیدواژه‌ها

آبکاری الکترولس؛ روش‌شناسی سطح پاسخ؛ عملیات‌حرارتی؛ سختی؛ مقاومت خوردگی

مراجع

 

[1]     W. Riedel, “Electroless Nickel Plating”, ASM International, Ohio, 1991.

 

[2]     ASM Metals Handbook, Heat treating, Vol. 4, 1991.

 

[3]     G. O. Mallory & J. B. Hajdu, “Electroless Plating-Fundamentals and Applications”, reprint ed. AESF, New York, 2002.

 

[4]     J. N. Balaraju, V. EzhilSelvi, V. K. William Grips & K. S. Raja, “Electrochemical studies on electroless ternary an quaternary Ni–P based alloys”, Electrochim. Acta, Vol. 52, pp. 1064–1074, 2006.

 

[5]     G. Jiaqiang, W. Yating, L. Lei, S. Bin & H. Wenbin, “Crystallization temperature of amorphous electroless nickel–phosphorus alloys”, Mater. Lett, Vol. 59, pp. 1665–1669, 2005.

 

[6]     K. G. Keong, W. S. Sha & S. Malinov, “Crystallisation and phase transformation behaviour of electroless nickel-phosphorus deposits with low and medium phosphorus contents under continuous heating”, Journal of Materials Science, Vol. 37, pp. 4445-4450, 2002.

 

[7]     B. Elsener, M. Crobu, M.A. Scorciapino, A. Rossi, “Electroless deposited Ni–P alloys: corrosion resistance mechanism”, Journal of Applied Electrochemistry, Vol. 38, pp. 1053-1060, 2008.

 

[8]     M. Alishahi, S. M. Monirvaghefi, A. Saatchi & S. M. Hosseini, “The effect of carbon nanotubes on the corrosion and tribological behavior of electroless Ni-P-CNT composite coating”, Applied Surface Science, Vol. 258, pp. 2439-2446, 2012.

 

[9]     R. B. Diegle, N. R. Sorensen, C. R. Clayton, M. A. Helfand & Y. C. Yu, “An XPS investigation into the passivity of an amorphous Ni–20P alloy”, J. Electrochem, Vol. 135, pp. 1085–1092, 1988.

 

[10] Sahayaraj, M. Edwin, J. T. Jappes & I. Siva, “Effect of Heat Treatment Temperature on the Corrosion Performance of Electroless Ni–P/Ni–P–TiO₂ Deposits on Carbon Steel”, Journal of Advanced Microscopy Research, Vol. 9, No. 1 pp. 16-21, 2014.

 

[11] Yu, Zu Xiao & et al. “The Influences of Additives and Heat Treatment on the Properties of Electroless Plating Ni-W-Mo-P Alloy on the Aluminum”, Advanced Materials Research. Vol. 941, 2014.

 

[12] Y. S. Huang, X. T. Zeng, X. F. Hu & F. M. Liu, “Corrosion resistance properties of electroless nickel composite coatings”, Electrochimica Acta, Vol. 49, pp. 4313-4319, 2004.

 

[13] T. S. N. Sankara Narayanan, I. Baskaran, K. Krishnaveni & S. Parthiban, “Deposition of electroless Ni–P graded coatings and evaluation of their corrosion resistance”, Surf. Coat, Technol, Vol. 200, pp. 3438–3445, 2006.

 

[14] Myers, H. Raymond, C. Douglas, M. Montgomery, M. Christine & Anderson-Cook, “Response surface methodology: process and product optimization using designed experiments”, Vol. 705, 2009.

 

[15] R. Soleimani, et al, “Development of mathematical model to evaluate microstructure and corrosion behavior of electroless Ni–P/nano-SiC coating deposited on 6061 aluminum alloy”, Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 2014.

 

[16] Sahoo, Prasanta, & S. Kumar Pal, “Tribological performance optimization of electroless Ni–P coatings using the Taguchi method and grey relational analysis”, Tribology letters, Vol. 28, No. 2, pp. 191-201, 2007.

 

[17] F. Ehteshamzadeh, A. Ehteshamzadeh, M. Ehteshamzadeh & M. Mohammadi, “Corrosion performance of the electroless Ni–P coatings prepared in different conditions and optimized by the Taguchi method”, Journal of Applied Electrochemistry, Vol. 41, No. 1, pp. 19-27, 2011.

 

[18] ASM Handbook, Surface Engineering, ASM International, Materials Park, USA, Vol. 5, 1994.

 

[19] B. Elsener, A. D. Atzei, A. A. Krolikowskib & A. Rossia “Effect of phosphorus concentration on theelectronic structure of nanocrystalline electrodeposited Ni–P alloys and XPS and XAES investigation”, surface and interface Analysis, Vol. 40, pp. 919–926, 2008.

 

[20] V. F. Makarov, Yu. V. Prusov & I. O. Lebedeva, “Electroless Deposition of Nickel Coatings with High Phosphorus Content”, Russian Journal of Applied Chemistry, Vol. 78, No. 1, pp. 82-84, 2005.

 

[21] I. Apachitei, F. D. Tichelaar, J. Duszczyk & L. Katgerman, “The effect of heat treatment on the structure and abrasive wear resistance of autocatalytic NiP and NiP- SiC Coatings”, Surface and Coatings Technology, Vol. 149, pp. 263-268, 2002.

 

I. Apachitei & et al, “Electroless Ni–P composite coatings: the effect of heat treatment on the microhardness of substrate and coating”, Scripta Materialia, Vol. 38, No. 9, pp. 1347-1353, 1998.