بررسی شرایط عملیات حرارتی بر استحکام دهی فوم نیکلی تولید شده به روش رسوب دهی الکتروشیمیایی

فرآیندهای نوین در مهندسی مواد

مقاله 8، دوره 12، شماره 3 - شماره پیاپی 46، آذر 1397، صفحه 91-102   

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

اکرم صالحی¹؛ فائزه برزگر²؛ احمد مولودی^{* 3}

¹عضو گروه پژوهشی جهاد دانشگاهی مشهد

²گروه پژوهشی مواد، سازمان جهاددانشگاهی خراسان رضوی، مشهد، ایران

³سازمان جهاددانشگاهی خراسان رضوی

چکیده

فوم‏های فلزی دسته‏ای از مواد نوین هستند که با توجه به وجود تخلخل در ساختار، خواص منحصر به فردی مانند نسبت سطح به حجم بالا، قابلیت جذب انرژی بالا و نسبت استحکام به وزن بالایی دارند. از میان فوم‏های فلزی، فوم‏های نیکلی یکی از پرکاربردترین مواد در ساخت انواع کاتالیست‏ها، فیلترها و صداخفه کن‏ها در صنایع مختلف هستند. در این تحقیق فوم نیکلی تخلخل باز به روش رسوب دهی الکتروشیمیایی بر روی زیر لایه‏ی پلیمری تولید شد. فوم‏های تولید شده به منظور حذف فوم پلی اورتانِ زیر لایه و افزایش داکتیلیتی تحت عملیات حرارتی تفجوشی در محیط خنثی، در دو دمای ℃ ۶۰۰ و ℃ ۱۰۰۰ قرار گرفتند. بررسی ریزساختار با میکروسکوپ الکترونی روبشی و همچنین آنالیز EDS نمونه‏ها پس از تفجوشی بیانگر نفوذ اتم‏های کربن در دمای ℃ ۶۰۰ و اکسیداسیون نمونه‏ها در دمای ℃ ۱۰۰۰ است. نتایج آزمون فشار نشان دادند که عملیات تفجوشی موجب داکتیل شدن فوم‏های نیکلی می‏شود. فرایند داکتیل شدن همراه با کاهش استحکام مسطح از MPa ۷۹/۴ به ۶/۳ و ۶۵/۱ بترتیب برای تفجوشی در دمای ℃ ۶۰۰ و ℃ ۱۰۰۰ است. نتایج بدست آمده، نشان دادند که علی رغم عدم تاثیر عملیات حرارتی بر کرنش چگالش فوم نیکلی، قابلیت جذب انرژی آن ها نیز از MJ/cm2 ۵۱/۱ به ۲۱/۱ و ۵۵/۰ بترتیب برای تفجوشی در دمای ℃ ۶۰۰ و ℃ ۱۰۰۰ کاهش می یابد.

کلیدواژه‌ها

فوم نیکلی تخلخل باز؛ زیر لایه فومی پلی اورتان؛ لایه نشانی الکترولس؛ پوشش دهی الکتروشیمیایی؛

مراجع

 

[1]     N. Nakamura, R. Takahashi, S. Sato, T. Sodesawa & S. Yoshida, “Ni/SiO₂ catalyst with hierarchical pore structure prepared by phase separation in sol–gel process”, Physical Chemistry Chemical Physics, Vol. 2, No. 21, pp. 4983-4990, 2000.

 

[2]     Q. Han, K. Liu, J. Chen & X. Wei, “A study on the electrodeposited Ni–S alloys as hydrogen evolution reaction cathodes”, International Journal of Hydrogen Energy, Vol. 28, No. 11, pp.1207-1212, 2003.

 

[3]     M. P. Browne, J. M. Vasconcelos, J. Coelho, M. O'Brien, A. A. Rovetta, E. K. McCarthy, H. Nolan, G. S. Duesberg, V. Nicolosi, P. E. Colavita & M. E. Lyons, “Improving the performance of porous nickel foam for water oxidation using hydrothermally prepared Ni and Fe metal oxides”, Sustainable Energy & Fuels, Vol. 1, No. 1, pp.207-216, 2017.

 

[4]       ن. سلیمی، د. مولا و ج. قاجار، "روش بهینه سیستم فیلتراسیون گاز طبیعی در ایستگاههای تقلیل فشار گاز شیراز(گزارش پروژه)"، دانشکده مهندسی، بخش مهندسی شیمی، نفت و گاز، 1385.

 

[5]     L. Jinlong, L. Tongxiang, Y. Meng, K. Suzuki & H. Miura, “The plume-like Ni 3 S 2 supercapacitor electrodes formed on nickel foam by catalysis of thermal reduced graphene oxideˮ, Journal of Electroanalytical Chemistry, Vol. 786, pp. 8-13, 2017.

 

[6]     L. Lin, S. Tang, S. Zhao, X. Peng & N. Hu, “Hierarchical three-dimensional FeCo₂O₄@MnO₂ core-shell nano sheet arrays on nickel foam for high-performance supercapacitorˮ, Electrochimica Acta, Vol. 228, pp. 175-182, 2017.

 

[7]     M. S. Wu, W. A. Chen, F. Y. Chen & F. Y. “Chuang, Nickel cobaltite nanoflakes grown around nickel foam-supported expanded mesocarbon microbeads for battery-like electrochemical capacitorsˮ, Journal of Alloys and Compounds, Vol. 695, pp. 410-417, 2017.

 

[8]       آ. وحیدیان، ع. سعیدی و م. گلعذار، "بررسی اثر چگالی جریان وpH بر رسوب دهی الکتریکی آلیاژ Fe-Ni و پارامترهای راندمانی فرایند آن"، فصلنامه علمی پژوهشی فرایندهای نوین در مهندسی مواد، سال نهم، شماره چهارم، زمستان ۱۳۹۴.

 

[9]       س. قازانلو، ع. شکوه فر و ح. بخشی، "تولید نانو کامپوزیتی Ni-Co/SiO₂ به روش رسوب الکتروشیمیایی جریان مستقیم"، فصلنامه علمی پژوهشی فرایندهای نوین در مهندسی مواد، سال دهم، شماره دوم، زمستان ۱۳۹۵.

 

[10] H. Adachi, K. Taki, S. Nagamine, A. Yusa & M. Ohshima, “Supercritical carbon dioxide assisted electroless plating on thermoplastic polymers”, The Journal of Supercritical Fluids, Vol. 49, No. 2, pp. 265-270, 2009.

 

[11] Jung, H. Natter, R. Hempelmann, S. Diebels, M. R. Koblischka, U. Hartmann & E. Lach, “Electrodeposition of nanocrystalline metals on open cell metal foams: improved mechanical properties”, ECS Transactions, Vol. 25, No. 41, pp. 165-172, 2010.

 

[12] Junga, M. Weinmannb & H. Natterb, “Electroforming and Electrodeposition on Complex 3D Geometries: Special Requirements and New Methods”, Handbook of Nanoelectrochemistry, springer, 2015.

 

[13] N. Kanani, “Electroplating: basic principles, processes and practice”, Elsevier, 2004.

 

[14] P. S. Liu, T. F. Li & C. Fu, “Relationship between Electrical Resistivity and Porosity for Porous Metals”, Materials Science and Engineering, Vol. 268, pp. 208-215, 1999.

 

[15] J. R. Brannan, A. S. Bean, A. J. Vaccaro & J. J. Stewart, “Continuous electroplating of conductive foams”, U.S. Patent 4, Vol. 978, pp. 431, 1990.

 

[16] K. K. Cushnie & S. T. Campbell, “Process for removal of polymer foams from nickel-coated substrates”, U.S. Patent 5, Vol. 735, pp. 977, 1998.

 

[17] D. Clodic, “Method for eliminating by evaporation a polyurethane substrate from a metallic foam”, W.O. Patent 2, Vol. 020, pp. 199, 2002.

 

[18] V. Ettel, “Apparatus and foam electroplating process”, U.S. Patent 8, Vol. 110, pp. 076, 2012.

 

[19] ISO13314. “Mechanical testing of metals—ductility testing—compression test for porous and cellular metals”, 2011.

 

[20] U. Ramamurty & A. Paul, “Variability in Mechanical Properties of a Metal Foam”, Acta Materialia, Vol. 52, pp. 869-876, 2004.

 

[21] K. Lee & J. J. Lewandowski, “Effects of microstructural characteristics on mechanical properties of open-cell nickel foams”, Materials science and technology, Vol. 21, No. 11, pp. 1355-1358, 2005.

 

[22] P. T. Tang, H. Dylmer & P. Mller, “Nickel Coatings and Electroforming Using Pulse Reversal Plating”, CiteSeer, 1995.

 

[23] P. S. Liu & K. M. Liang, “Preparation and corresponding structure of nickel foam”, Materials science and technology, Vol. 16, pp. 575-578, 2000.

 

[24]    م. قربانی، "پوشش دادن فلزات"، جلد 1، موسسه انتشارات علمی دانشگاه صنعتی شریف، چاپ سوم، 1391.

 

[25] Y. C. Dai, D. Chen & W. K. Yuan, “First-principles study of carbon diffusion in bulk nickel during the growth of fishbone-type carbon nanofibers”, Carbon, Vol. 45, No. 1, pp. 21-27, 2007.

 

[26] S. Berry, “Diffusion of carbon in nickel”, Journal of Applied Physics, Vol. 44.8, pp. 3792-3793, 1973.

 

[27] Wiltner, C. Linsmeier & T. Jacob, “Carbon reaction and diffusion on Ni (111), Ni (100), and Fe (110): kinetic parameters from x-ray photoelectron spectroscopy and density functional theory analysis”, The Journal of chemical physics, Vol. 129, No. 8, pp. 084-704, 2008.

 

[28] F. C. Schouten, O. L. J. Gijzeman & G. A. Bootsma, “Interaction of methane with Ni (111) and Ni (100), diffusion of carbon into nickel through the (100) surface, An aes-leed study”, Surface Science, Vol. 87, No. 1, pp. 1-12, 1979.

 

[29] M. Singleton & P. Nash, “The C-Ni (carbon-nickel) system”, Journal of Phase Equilibria, Vol. 10, No. 2, pp. 121-126, 1989.

 

[30] S. Garruchet, O. Politano, P. Arnoux & V. Vignal, “Diffusion of oxygen in nickel: A variable charge molecular dynamics study”, Solid State Communications, Vol. 150, No. 9, pp. 439-442, 2010.

 

[31] J. W. Park & C. J. Altstetter, “The diffusion and solubility of oxygen in solid nickel”, Metallurgical Transactions, Vol. 18A, pp. 43-50, 1987.

 

[32] O. B. Olurin, D. S. Wilkinson, G. C. Weatherly, V. Paserin & J. Shu, “Strength and ductility of as-plated and sintered CVD nickel foams”, Composites science and technology, Vol. 63, No. 16, pp. 2317-2329, 2003.

 

[33] M. F. Ashby & R. F. Mehl Medalist, “The Mechanical Properties of Cellular Solids”, Metallurgical Transactions, Vol. 14, pp. 1755-1769, 1983.

 

[34] M. Shehata Aly, “Behavior of Closed Cell Aluminium Foams Upon Compressive Testing at Elevated Temperatures: Experimental Results”, Materials Letters, Vol. 61, pp. 3138-3141, 2007.

 

[35] E. Kozaa, M. Leonowicza, S. Wojciechowskia & F. Simancik, “Compressive Strength of Aluminium Foams”, Materials Letters, Vol. 58, pp. 132– 135, 2004.

 

[36] M. Gauthier, L. P. Lefebvre, Y. Thomas & M. N. Bureau, “Production of metallic foams having open porosity using a powder metallurgy approach”, Materials and manufacturing processes, Vol. 19, No. 5, pp. 793-811, 2004.