تأثیر pH آبکاری بر میکروساختار و خواص مکانیکی پوشش کامپوزیتی Ni-P-TiO2 ایجاد شده بر روی فولاد AISI 430

فرآیندهای نوین در مهندسی مواد

دوره 14، شماره 4 - شماره پیاپی 55، دی 1399، صفحه 65-76   

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

مینا افضلی گروه¹؛ مرتضی زند رحیمی^{* 2}؛ هادی ابراهیمی فر³

¹کارشناس ارشد بخش مهندسی مواد، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه شهید باهنر کرمان، کرمان، ایران.

²استاد بخش مهندسی مواد، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه شهید باهنر کرمان، کرمان، ایران.

³استادیار بخش مهندسی مواد، دانشکده مهندسی مکانیک و مواد، دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته، کرمان، ایران.

چکیده

یکی از بهترین روش­های مؤثر برای بهبود مقاومت به سایش و سختی فولادهای زنگ نزن اعمال پوشش­های سطحی است. از جمله این پوشش­ها، پوشش­های آلیاژی و کامپوزیتی پایه نیکل هستند. در این تحقیق، پوشش کامپوزیتی نیکل- فسفر- اکسیدتیتانیوم با استفاده از روش آبکاری الکتریکی بر روی فولاد زنگ نزن AISI 430 ایجاد شد. تأثیر pH آبکاری (3، 5/3 و 4) بر روی میکروساختار و میکروسختی و رفتار سایشی آن‌ها مورد بررسی قرار گرفت. به منظور تعیین فازهای موجود و محاسبه اندازه دانه، از روش آنالیز پرتو ایکس (XRD) استفاده شد. مشخصه­یابی پوشش به کمک میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) صورت پذیرفت. میکروسختی نمونه‌های بدون پوشش و پوشش‌دار توسط دستگاه ریزسختی سنج ویکرز اندازه‌گیری شد. همچنین مقاومت سایشی نمونه­های بدون پوشش و پوشش داده شده با کامپوزیت نیکل- فسفر- اکسیدتیتانیوم با استفاده از آزمون پین بر روی دیسک بررسی شد. نتایج آنالیز پرتو ایکس نشان داد که افزایش pH باعث افزایش اندازه دانه­ها می‌شود. همچنین نتایج آزمون میکروسختی و پین بر روی دیسک نشان داد افزایش pH موجب کاهش میکروسختی و مقاومت سایشی می‌شود. بیشترین سختی (18/618 ویکرز) مربوط به پوشش ایجاد شده در 3pH=، با غلظت gr/L 40TiO₂= بود. همچنین بیشترین مقاومت به سایش و کمترین کاهش وزن ( mg15/0) نیز مربوط به همین پوشش بود.

کلیدواژه‌ها

آبکاری الکتریکی؛ پوشش Ni-P-TiO2؛ میکروسختی؛ مقاومت سایشی؛ pH

مراجع

[1] C. J. Novak, "Structure and constitution of wrought austenitic stainless steels", Handbook of stainless steels, pp, 4-1, 1977.

 

]2[ م. زند رحیمی و ه. ابراهیمی فر "بررسی رسانش الکتریکی صفحات اتصال‌دهنده مورد استفاده در پیل‌های سوختی اکسید جامد در حضور اسپینل­های منگنز"، فصلنامه علمی- پژوهشی فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، مقاله 4، دوره 6، شماره 1، ص 42-35،  1391.

 

 [3] L. Umoru, A. Afonja & B. Ademodi, "Corrosion study of AISI 304, AISI 321 and AISI 430 stainless steels in a tar sand digester", Journal of Minerals and Materials Characterization and Engineering, vol. 7, pp, 291, 2008.

 

[4] G. Luo, H. Li, Y. Li & J. Mo, "Microstructures and Properties of a Low-Carbon-Chromium Ferritic Stainless Steel Treated by a Quenching and Partitioning Process", Materials, vol. 12, pp, 1704, 2019.

 

]5 [پ. لسانی، ع. بابائی و ا. عطائی "بررسی رفتار اسپینل منگنز کبالتایت به عنوان پوشش صفحات اتصال‌دهنده پیل سوختی اکسید جامد"، فصلنامه علمی- پژوهشی فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، مقاله 9، دوره 11، شماره 4، ص 107-97، 1396.

 

 [6] K. H. Hou & Y. C. Chen, "Preparation and wear resistance of pulse electrodeposited Ni–W/Al2O3 composite coatings", Applied Surface Science, vol.  257, pp, 6340-6346, 2011.

 

[7] V. Tseluikin & Y. V. Gold, "Electrodeposition of nickel-based composite coatings from a sulfamate electrolyte", Russian Journal of Applied Chemistry, vol. 90, pp, 492-495, 2017.

 

[8] S. Aruna, V. W. Grips & K. Rajam, "Ni-based electrodeposited composite coating exhibiting improved microhardness, corrosion and wear resistance properties", Journal of Alloys and compounds, vol. 468, pp, 546-552, 2009.

 

[9] Y. E. Sknar, O. Savchuk & I. Sknar, "Characteristics of electrodeposition of Ni and Ni-P alloys from methanesulfonate electrolytes", Applied Surface Science, vol. 423, pp, 340-348, 2017.

 

[10] S. Geng, S. Qi, Q. Zhao, S. Zhu & F. Wang, "Electroplated Ni–Fe₂O₃ composite coating for solid oxide fuel cell interconnect application", International Journal of Hydrogen Energy, vol. 37, pp, 10850-10856, 2012.

 

[11] A. Rashidi & A. Amadeh, "The effect of saccharin addition and bath temperature on the grain size of nanocrystalline nickel coatings", Surface and Coatings Technology, vol. 204, pp. 353-358, 2009.

 

[12] C. Guo, Y. Zuo, X. Zhao, J. Zhao & J. Xiong, "Effects of surfactants on electrodeposition of nickel-carbon nanotubes composite coatings", Surface and Coatings Technology, vol. 202, pp, 3385-3390, 2008.

 

[13] B. Wielage, T. Lampke, M. Zacher & D. Dietrich, "Electroplated nickel composites with micron-to nano-sized particles,  Key Engineering Materials", Trans Tech Publ, pp. 283-309, 2008.

 

[14] S. C. Wang & W. C. J. Wei, "Characterization of electroplated Ni/SiC and Ni/Al 2 O 3 composite coatings bearing nanoparticles", Journal of materials research, vol. 18, pp, 1566-1574, 2003.

 

[15] M. C. Chou, M. D. Ger, S. T. Ke, Y. R. Huang & S. T. Wu, "The Ni–P–SiC composite produced by electro-codeposition", Materials Chemistry and Physics, vol. 92, pp, 146-151, 2005.

 

[16] L. Chang, C. H. Chen & H. Fang, "Electrodeposition of Ni–P alloys from a sulfamate electrolyte relationship between bath pH and structural characteristics", Journal of The Electrochemical Society, vol. 155, pp, D57-D61, 2008.

 

[17] K. H. Hou, M. C. Jeng & M. D. Ger, "A study on the wear resistance characteristics of pulse electroforming Ni–P alloy coatings as plated", Wear , vol. 262, pp, 833-844, 2007.

 

[18] K. M. Hyie, N. A. Resali, W. N. R. Abdullah, W. Chong, "Synthesis and characterization of nanocrystalline pure cobalt coating: effect of pH, Procedia Engineering, vol. 41, pp,1627-1633, 2012.

[19] B. Ranjith & G. P. Kalaignan, Ni–Co–TiO2 nanocomposite coating prepared by pulse and pulse reversal methods using acetate bath, Applied Surface Science, vol. 257, pp, 42-47, 2010.

 

[20] J. Winiarski, A. Leśniewicz, P. Pohl & B. Szczygieł, "The effect of pH of plating bath on electrodeposition and properties of protective ternary Zn–Fe–Mo alloy coatings", Surface and Coatings Technology, vol. 299, pp, 81-89, 2016.

 

[21] A. Bund & D. Thiemig, "Influence of bath composition and pH on the electrocodeposition of alumina nanoparticles and nickel", Surface and Coatings Technology, vol. 201, pp, 7092-7099, 2007.

 

[22] C. Lin, C. Lee, C. Chang & C. Chang, "Annealing behavior of electrodeposited Ni-TiO2 composite coatings", Surface and Coatings Technology, vol. 200, pp, 3690-3697, 2006.

 

[23] A. Gupta, S. Barkam, D. Lahiri, R. Balasubramaniam & K. Balani, "Effect of alumina dispersion on microstructural and nanomechanical properties of pulse electrodeposited nickel–alumina composite coatings", Journal of Materials Science & Technology, vol. 30, pp, 808-813, 2014.

 

[24] H. Gül, F. Kılıç, S. Aslan, A. Alp & H. Akbulut, "Characteristics of electro-co-deposited Ni–Al2O3 nano-particle reinforced metal matrix composite (MMC) coatings", Wear, vol. 267, 976-990, 2009.

 

[25] K. Krishnaveni, T. S. Narayanan & S. Seshadri, "Electrodeposited Ni–B coatings: Formation and evaluation of hardness and wear resistance", Materials chemistry and physics, vol. 99, pp, 300-308, 2006.

 

[26] P. Gadhari & P. Sahoo, "Optimization of coating process parameters to improve microhardness of Ni-P-TiO2 composite coatings", Materials Today: Proceedings, vol. 2, pp, 2367-2374, 2015.

 

[27] D. Jeong, U. Erb, K. Aust & G. Palumbo, "The relationship between hardness and abrasive wear resistance of electrodeposited nanocrystalline Ni–P coatings", Scripta Materialia, vol. 48, pp, 1067-1072, 2003.

 

[28] S. Julka, M. I. Ansari, D. G. Thakur, "Effect of pH on mechanical, physical and tribological properties of electroless Ni-P-Al 2 O 3 composite deposits for marine applications", Journal of Marine Science and Application, vol. 15, pp, 484-492, 2016.

 

[29] A. Gruszka & A. Budniok, "Production and structure of electrocoatings Ni-P-TiO2-Al", Advanced Performance Materials, vol. 6, pp, 141-147, 1999.