توصيفگر ها :
الكترولس , پوشش هاي نيكل-فسفر , عمليات حرارتي , نانو ذرات كاربيد بور
چكيده فارسي :
كاربيد بور (B4C) به دليل تركيبي از ويژگي¬هايي منحصر به¬فرد از جمله چگالي كم، استحكام بالا، مقاومت به سايش بالا، سختي فوق-العاده، مدول الاستيك بالا، مقاومت شيميايي بالا و مقاومت در برابر تابش¬هاي با طول موج پايين مثل گاما به عنوان يك گزينه بالفعل براي كاربردهاي تريبولوژيكي مورد توجه قرار گرفته است. بر همين اساس، هدف از پژوهش حاضر ارزيابي اثر افزودن نانوذرات B4C به حمام آبكاري پوشش¬هاي الكترولس Ni-P لايه¬نشاني شده بر زيرلايه فولاد ST37 بود. بدين منظور، دو غلظت پايين و بالا (g/L 5/0 و g/L 5/2) از نانوذرات B4C به حمام آبكاري اضافه شد. آزمون¬هاي خوردگي در محلول NaCl 5/3 % در دماي اتاق و آزمون¬هاي سايش تا مسافت 1000 متر و تحت بار 5/1 كيلوگرم (بار بحراني) و سرعت 14/0 متر بر ثانيه انجام شد تا اثر ورود نانوذرات B4C در پوشش بررسي شود. در اين پژوهش، براي ساخت حمام از حمام آلماني اشلوتر استفاده شد. نتايج نشان داد كه اجراي لايه¬نشاني پوشش كامپوزيتي به طور يكنواخت و فشرده روي زيرلايه فولادي موفقيت¬آميز بود. در ادامه، مطابق با مطالعات پيشين، پوشش¬ها تحت عمليات حرارتي در دماي °C 400 به مدت 1 ساعت و با حفظ اتمسفر خنثي در كوره الكتريكي قرار گرفتند. نتايج نشان داد كه تمامي پوشش¬ها پيش از عمليات حرارتي داراي ساختار كاملاً آمورف بوده و پس از عمليات حرارتي رسوبات Ni3P در زمينه نيكل بلوري تشكيل شده¬اند. سختي¬سنجي پوشش¬ها نشان داد كه سختي پوشش¬هاي كامپوزيتي از پوشش Ni-P به مراتب بيشتر بود. همچنين، اثر عمليات حرارتي بر سختي پوشش¬هاي كامپوزيتي به مراتب بيشتر از پوشش¬هاي Ni-P بود به گونه¬اي كه پس از عمليات حرارتي سختي پوشش Ni-P-2.5B4C (حاوي g/L 5/2 B4C) به ميزان 100% و سختي پوشش Ni-P به ميزان 55% افزايش يافت. ارزيابي¬هاي الكتروشيميايي پوشش¬ها نشان داد كه در حضور پوشش¬هاي الكترولس، مقاومت به خوردگي زيرلايه به طور چشم-گيري بهبود يافته است. با افزايش مشاركت B4C در پوشش¬هاي الكترولس چگالي جريان خوردگي كاهش يافت به گونه¬اي كه چگالي جريان خوردگي پوشش¬هاي Ni-P، Ni-P-0.5B4C (حاوي g/L 5/0 B4C) و Ni-P-2.5B4C (حاوي g/L 5/2 B4C) به ترتيب برابر با μA/cm2 42/6، μA/cm2 15/2 و μA/cm2 60/0 بود. مطالعات تريبولوژيكي پوشش¬ها نشان داد كه با افزودن B4C مقاومت به سايش پوشش¬هاي الكترولس Ni-P به طور قابل¬توجهي از ديدگاه كاهش ضريب اصطكاك و كاهش وزن بهبود يافته است به گونه¬اي كه با افزودن g/L 5/2 نانوذرات B4C به حمام پوشش Ni-P، ضريب اصطكاك حدود 34% و كاهش وزن نيز به ميزان تقريباً 72% كاهش يافت. نتايج اين پژوهش پيشنهاد مي¬دهد كه پوشش¬هاي الكترولس كامپوزيتي Ni-P-B4C مي¬توانند گزينه¬اي مناسب براي كاربردهاي در معرض سايش و خوردگي باشند.
چكيده انگليسي :
Boron carbide (B4C), owing to a combination of desirable properties such as low density, excellent strength, high wear resistance, exceptional hardness, high elastic modulus, and good chemical inertness, has gained attention as a promising option for tribological applications. Accordingly, the aim of this research was to evaluate the effects of adding B4C nanoparticles to the Ni-P plating bath, resulting in the deposition of Ni-P-B4C composite coating on ST37 steel substrate. For this purpose, two low and high concentrations (0.5 g/L and 2.5 g/L) of B4C nanoparticles were added to the Ni-P plating bath. Corrosion tests were carried out in 3.5% NaCl solution at room temperature and tribological behaviour was investigated up to a distance of 1000 m under a load of 1.5 kg (critical load) and a speed of 0.14 m/s. In this research, the Schlotter bath (Germany) was used to prepare the Ni-P and Ni-P-B4C plating bath. The results demonstrated that adhesive and compact Ni-P-B4C composite coatings with a uniform morphology were successfully deposited on the steel substrate. The increase in the amount of B4C resulted in a higher percentage of B4C in the Ni-P-B4C composite. In the following, according to previous studies, the coatings were heat-treated at 400 °C for 1 hour under Ar atmosphere in an electric furnace. Findings revealed that all coatings were completely amorphous before the heat treatment. Heat treatment led to the formation of Ni3P in the crystalline Ni matrix. The hardness of the composite coatings was much higher than the Ni-P coating. Furthermore, the effect of heat treatment on the hardness of Ni-P-B4C composite coatings was considerably greater than that of Ni-P coatings. Heat treatment resulted in 100% increase in hardness for Ni-P-2.5B4C coating (2.5 g/L B4C in plating bath) and a 55% increase in hardness for Ni-P coating. Electrochemical measurements showed a substantial improvement in the corrosion resistance of the substrate after the deposition of electroless coatings. Additionally, Ni-P-B4C composite coatings exhibited higher corrosion resistance compared to Ni-P coating due to the inert nature of B4C. By increasing the amount of B4C in the coatings, the corrosion current density decreased. The corrosion current density of Ni-P, Ni-P-0.5B4C (0.5 g/L B4C in plating bath), and Ni-P-2.5B4C (2.5 g/L B4C in plating bath) coatings were 6.42 μA/cm2, 2.15 μA/cm2, and 0.6 μA/cm2, respectively. Tribological evaluations of the coatings indicated that by adding B4C, the wear resistance of electroless Ni-P coatings significantly improved, evidenced by a reduction in coefficient of friction (COF) and weight loss. With the increase in B4C concentration, the wear resistance of the coating increased. Overall, compared to the steel substrate, for the Ni-P-2.5B4C coating (2.5 g/L B4C in plating bath), the COF decreased by approximately 34%, and the weight loss decreased by almost 72%. The results of this research suggested that Ni-P-B4C composite electroless coatings can be a promising option for prolonging the lifetime of components exposed to wear and corrosion applications