توصيفگر ها :
الكترولس نيكل - فسفر , پوشش نانوكامپوزيتي , نانوذرات طلا , سختي , آناليز عنصري , طيف¬سنجي نور مرئي و مادون‌قرمز نزديك
چكيده فارسي :
امروزه انجام عمليات سطحي يا مهندسي سطح جزو فرايندهاي اجتناب¬ناپذير براي افزايش طول عمر كاري قطعات پركاربرد، حساس و گران‌قيمت به شمار مي‌رود. فرايند شيميايي رسوب‌دهي به روش الكترولس موجب يكنواختي پوشش در تمامي قسمت‌هاي قطعه كه در تماس با محلول الكترولس بوده¬اند مي¬شود كه اين امر موجب محبوبيت اين روش پوشش‌دهي از بين روش¬هاي مهندسي سطح شده است. در كنار يكنواختي داشتن خصوصياتي چون سختي بالا، مقاومت عالي به خوردگي، مقاومت به سايش، ايجاد رنج وسيعي از ضخامت يكنواخت روي سطح، خواص مكانيكي و فيزيكي مناسب، روانكاري سطحي باعث شده است كه پوشش‌هاي الكترولس نيكل فسفر به‌عنوان پوشش‌هاي سخت و محبوب براي مصارف صنعتي شناخته شوند. پوشش‌هاي الكترولس كامپوزيتي عموماً به‌منظور بهبود خواص سايشي همراه با سختي بالا و نيز خواص روان كاري به كار برده مي‌شوند به‌طوري‌كه استفاده از اين پوشش‌ها در قطعات مختلف بستگي به مجموعه خواصي دارد كه سيستم كامپوزيتي ايجاد مي‌كند. امروزه با توسعه¬ي فرايندهاي پوشش¬دهي كامپوزيتي به روش الكترولس، كاربردهاي پيچيده¬تري نيز براي اين دسته از پوشش‌ها به‌سرعت در حال گسترش است. در اين پژوهش يكي از اهداف افزودن ذرات فاز ثانويه¬ي نانوذرات طلا، بررسي خواص اپتيكي پوشش نهايي جهت كاربردهاي پزشكي به‌خصوص حسگرهاي نوري است. در اين مطالعه پوشش الكترولس Ni-P و پوشش الكترولس كامپوزيتي Ni-P حاوي نانوذرات طلا با مقادير مختلف ppm 25 و ppm 5/12 در حمام بر روي نمونه‌هايي از جنس فولاد St37 به ضخامت پوشش 25تا 30 ميكرومتر اعمال شد و اثر مشخصه‌هاي حمام در محدوده دمايي 80 الي 90 درجه سانتي‌گراد، اسيديته 4 و 5، سرعت همزدن 150 الي 450 دور بر دقيقه بر خواص پوشش بررسي گرديد. همه¬ي نمونه¬ها از نظر مورفولوژي به كمك ميكروسكوپ نوري و ميكروسكوپ الكتروني روبشي مورد بررسي قرار گرفتند و تصاويري با ساختار گل‌كلمي كه نشان از پوشش¬دهي الكترولس نيكل - فسفر است به دست آمد. تمامي نمونه-هاي نانوكامپوزيتي مورد بررسي ريزسختي‌سنجي نيز قرار گرفتند كه كاهش نسبي سختي در نمونه‌هاي با درصدهاي بالاي نانوذرات طلا مشاهده¬ شد. همه¬ي نمونه¬هاي نانوكامپوزيتي مورد بررسي آناليز عنصري EDAX قرار گرفتند نتايج نشان مي‌دهد كه درصد طلا در نمونه‌ها بين 3 تا 32 درصد وزني است. از مقايسه¬ي نتايج آناليز عنصري EDAX نقطه¬اي و منطقه¬اي مي¬توان به توزيع يكنواخت نانوذرات طلا در پوشش¬هاي اعمال شده، پي برد. نقشه¬ي آناليز عنصري نمونه‌ها نيز كلوخه¬اي نشدن نانوذرات طلا در حمام و در پوشش نانوكامپوزيتي را نشان مي¬دهد. پس از آناليز عنصري EDAX نمونه¬هاي با درصد وزني طلاي 7%، 31% و 32% به‌عنوان نمونه¬هاي بهينه انتخاب شدند. خواص نوري نمونه¬هاي بهينه با استفاده از طيف¬سنجي نور مرئي و مادون‌قرمز نزديك بررسي شد. در نمودار طيف‌سنجي قله پراكندگي و يا اصطلاحاً Scattering هنگامي مشاهده مي‌شود كه پوشش‌ها حاوي نانوذرات طلا با قطر بيشتر از 15 نانومتر باشند كه در مورد نمونه¬هاي منتخب اين مورد مشاهده شد. همچنين با افزايش درصد عنصر طلا در پوشش، اين پراكنش بيشتر شده است و قله حاصل شده باريك‌تر و در نتيجه مشخص¬تر است و قله به سمت طول‌موج‌هاي بلندتر انتقال مي‌يابد. اين قله‌ها در طول‌موج‌هاي بازه 1894 تا 1943 نانومتر ايجاد شده¬اند كه در نتيجه از اين پوشش احتمالاً مي¬توان در حسگرهاي پلاسمونيك با امواج فروسرخ استفاده نمود. در نمونه‌اي كه در دماي 90 درجه سانتي‌گراد، اسيديته 4 و سرعت همزدن 450 دور بر دقيقه در حمام الكترولس نيكل - فسفر با غلظت ppm 25 نانوذرات طلا پوشش‌دهي شد، 32 درصد وزني طلا در پوشش و 520 ويكرز سختي گزارش شد. نمودار طيف‌سنجي اين نمونه نشان مي‌دهد كه قله پراكندگي باريكي در حدود طول موج 1943 نانومتر رخ‌داده است.
چكيده انگليسي :
Today, surface engineering is one of the inevitable processes to increase the working life of useful, sensitive and expensive industrial parts. The chemical process of electroless deposition produce uniform coating in all surfaces of the substrate in contact with the electroless solution. This ability makes electroless coating method more popular among surface engineering methods. Except uniformity other characteristics such as high hardness, excellent corrosion resistance, wear resistance, creating a wide range of uniform thickness on the surface, suitable mechanical and physical properties and surface lubrication has made electroless nickel phosphorus coatings useful for Various industrial Applications. Electroless composite coatings are generally used to improve abrasion properties with high hardness as well as lubrication properties, so the use of these coatings in different parts depends on the set of properties that the composite system creates. Nowadays, with the development of electroless composite coating processes, more complex applications for this category of coatings are rapidly expanding. In this research, one of the goals of adding secondary phase of gold nanoparticles is to investigate the optical properties of the final coating for some medical applications, especially optical sensors. In this study, Ni-P electroless coating and Ni-P composite electroless coating containing gold nanoparticles with different amounts of 25 ppm and 12.5 ppm were applied in the bath on samples of St37 with coating thickness of 25-30 micrometers. The effect of bath characteristics such as, temperature range of 80-90°C, pH 4 and 5, stirring speed 150-450 rpm on the properties of the coating was investigated. The morphology of all the samples were examined via optical microscope and scanning electron microscope, the images with cauliflower structure shows electroless nickel-phosphorus coating was achieved. All nanocomposite samples were also examined by microhardness measurement, and a relative decrease in hardness was observed in samples with high percentages of gold nanoparticles. All nanocomposite samples were examined by EDAX elemental analysis. The results show that the weight percentage of gold nanoparticles in the samples is between 3% and 32%. From the comparison of the results of point and regional elemental analysis, it can be concluded that there is the uniform distribution of gold nanoparticles in the coatings. After EDAX elemental analysis, samples with gold weight percentage of 7%, 31% and 32% were selected as optimal samples. The optical properties of the optimal samples were investigated using visible light and near infrared spectroscopy. In the spectroscopic chart, the scattering peak is observed when the coatings contain nanoparticles with a diameter greater than 15 nm, which was observed in the case of the optimal samples. Also, with the increase in the percentage of gold element in the coating, this dispersion has increased and the resulting peak is narrower and therefore more distinct, also the peak is shifted to longer wavelengths. These peaks are created in the wavelength range of 1894 to 1943 nm, so this coating can probably be used in plasmonic sensors with infrared waves. In a sample that was coated at a temperature of 90°C, pH 4 and a stirring speed of 450 rpm in an electroless nickel-phosphorus bath with a concentration of 25 ppm of gold nanoparticles, the weight percentage of gold in the coating was 32% and its hardness was 520 Vickers. The spectroscopic graph of this sample shows that a narrow scattering peak occurred around the wavelength of 1943 nm.
