توصيفگر ها :
الكترولس نيكل-فسفر , پوشش كامپوزيتي , نانو ذرات نقره , عمليات حرارتي , سايش
چكيده فارسي :
در پژوهش حاضر، پوشش¬هاي الكترولس نيكل- فسفر به صورت ساده و كامپوزيتي با نانو ذرات نقره بر زيرلايه فولاد كربني از جنس ST37-2 رسوب داده شدند. هدف از اين كار بررسي و مقايسه خواص تريبولوژي و مكانيكي پوشش الكترولس كامپوزيتي Ni-P-nano Ag مي¬باشد. در ابتدا، فاكتورهاي تاثيرگذار در اين فرايند پوشش¬دهي مشخص گرديد و از اين ميان مواردي نظير سهم و درصد نانو ذرات نقره در حمام اصلي، دماي حمام، زمان آبكاري، pH حمام، نحوه و سرعت تلاطم حمام مورد مطالعه قرار گرفت. حمام اصلي آبكاري الكترولس نيكل- فسفر مطابق دستورالعمل محلول تجاري اشلوتر سري Sh70 ساخته شد و نمونه¬ها پس از انجام پيش عمليات مورد نياز وارد وان آبكاري شدند. همچنين در اين حمام از نانو كلوئيد نقره با مورفولوژي كروي با قطر 5 تا 15 نانومتر و خلوص 99% و غلظت¬هاي ppm 15و ppm 25 استفاده شد. جهت جلوگيري از آگلومره شدن نانوذرات نقره و به دام انداختن اين نانوذرات در زمينه نيكل- فسفر نيز از سورفكتانت سديم دودسيل سولفات به ميزان 075/0 گرم بر ليتر استفاده گرديد. زمان آبكاري 3 ساعت، دما (80 و 90 درجه سانتي¬گراد)، pH (5 و 5/4) و سرعت همزدن در سه نرخ 150، 300 و 450 دور بر دقيقه تنظيم گرديد. سطح مقطع و مورفولوژي سطح پوشش به كمك ميكروسكوپ نوري و الكتروني روبشي نشانگر يكنواختي عالي پوشش با حداكثر ضخامت حاصله (حدود 54 ميكرون براي پوشش بدون ذره نقره و 60 ميكرون براي پوشش خاوي ذره نقره) مي¬باشد. همچنين ساختار گل‌كلمي شكل كه از مشخصه¬هاي رسوب الكترولس نيكل - فسفر است در تصاويرگرفته شده از نمونه¬ها به وضوح مشاهده شد. الگوي پراش اشعه ايكس براي نمونه كامپوزيتي Ni-P-nano Ag پس از عمليات حرارتي در دماي 400 درجه سانتي¬گراد به مدت 1 ساعت، حضور سه فاز اصلي (Ni3P)، نيكل (Ni) و نقره (Ag) را تاييد مي¬كند. از طرفي سختي¬سنجي براي نمونه¬هاي حاوي پوشش الكترولس- فسفر و نوع كامپوزيتي حاوي نانو ذرات نقره قبل و بعد از عمليات حرارتي صورت گرفت. نتايج نشان مي¬دهد كه سختي پوشش‌هاي نانوكامپوزيتي Ni–P/nano Ag نسبت به نوع ساده نيكل- فسفر بيشتر است. رفتار سايشي و ضريب اصطكاك نمونه¬ها با انجام آزمون سايش پين روي ديسك صورت گرفت. به طوركلي، پوشش¬هاي الكترولس نيكل- فسفر در شرايط بدون عمليات حرارتي (as-deposited)، از خود ضريب اصطكاك (COF) بيشتر و مقاومت به سايش كمتر در مقايسه با نمونه¬هاي عمليات حرارتي شده نشان مي¬دهند. پس از عمليات حرارتي در دماي 400 درجه سانتي¬گراد به مدت 1 ساعت، ضريب اصطكاك برحسب مسافت لغزش براي نمونه الكترولس نيكل- فسفر حدود 5/0 و براي نمونه كامپوزيتي Ni-P-nano Ag در حالت بدون عمليات حرارتي حدود 45/0 و در حالت عمليات حرارتي حدود 3/0 بدست آمد. به نظر مي‌رسد افزودن نانو ذرات نقره به زمينه پوشش الكترولس نيكل - فسفر باعث كاهش نسبي ضريب اصطكاك و بهبود رفتار تريبولوژي آن شده است.
چكيده انگليسي :
In the current research, electroless nickel-phosphorus coatings were deposited in simple and composite form with silver nanoparticles on ST37-2 carbon steel substrate. The purpose of this work is to investigate and compare the tribological and mechanical properties of Ni-P-nano Ag composite electroless coating. At first, the influencing factors in this coating process were identified, and among these, things like percentage of silver nanoparticles in the plating bath, bath temperature, plating time, pH, and speed of bath turbulence were studied. The main nickel-phosphorus electroless plating bath was made according to the instruction of Sh70 series Schluter commercial solution, and the samples were entered into the plating bath Also, silver nanocolloid with spherical morphology with a diameter of 5 to 15 nm and purity of 99% and concentrations of 15 ppm and 25 ppm were used in this bath. To prevent the agglomeration of silver nanoparticles and the embedment these nanoparticles in the nickel-phosphorus field, sodium dodecyl sulfate surfactant was used in the amount of 0.075 g/liter. Plating time was set to 3 hours, temperature (80 and 90 °C), pH (4.5 and 5) and stirring speed at three rates of 150, 300 and 450 rpm. The cross-sectional area and morphology of the coating surface with the help of optical and scanning electron microscope shows the uniformity and excellent compression of the coating with the maximum thickness obtained (about 54 microns for the coating without silver particles and 60 microns for the coating containing silver particles). Also, the cauliflower-shaped structure, which is a characteristic of nickel-phosphorus electroless deposition, was clearly observed in the images taken from the samples. The X-ray diffraction pattern for Ni P-nano Ag composite sample after heat treatment at 400°C for 1 hour confirms the presence of three main phases (Ni3P), nickel (Ni) and silver (Ag). On the other hand, hardness testing was done for samples containing electroless-phosphorus coating and composite type containing silver nanoparticles before and after heat treatment. The results show that the hardness of NiP/nano Ag nanocomposite coatings is slightly higher than that of the simple nickel-phosphorus type. Abrasion behavior and friction coefficient of the samples were done by performing pin on disc wear test. In general, nickel-phosphorus electroless coatings in conditions without heat treatment (as-deposited) show higher coefficient of friction (COF) and lower wear resistance compared to heat treated samples. After heat treatment at 400 degrees Celsius for 1 hour, the coefficient of friction in terms of sliding distance for the electroless nickel-phosphorus sample is about 0.5 and for the Ni-P-nano Ag composite sample without heat treatment is about 0.45 and also in Heat treated samples was obtained about 0.3. It seems that the addition of silver nanoparticles to the electroless nickel-phosphorus coating caused a relative reduction in the friction coefficient and improvement its tribological behavior.
