چکیده:

آبكاری الكتریكی یکی از روش های مناسب جهت همرسوبی ذرات ریز فلزی، غیر فلزی و پلیمری در زمینه فلزی است. در این تحقیق پوشش نانوکامپوزیتی کرم-کاربیدتنگستن با بهره گرفتن از جریان پالسی مربعی روی فولاد کربنی ایجاد شد. تاثیر پارامترهای آبکاری مانند غلظت سورفکتانت SDS و افزودنی ساخارین به عنوان ریزکننده، دانسیته جریان، سیکل کاری و فرکانس بر روی سختی، درصد وزنی ذرات و نحوه توزیع آن ها در پوشش بررسی شد. در این تحقیق سعی شد عواملی همچون نوع حمام، دما، pH و میزان تلاطم ثابت در نظر گرفته شوند. به علاوه، تاثیر پارامترهای آبکاری بر رفتار سایشی پوشش مورد بررسی قرار گرفت. جهت بررسی مورفولوژی سطح پوشش و توزیع ذرات و درصد وزنی  آن ها در پوشش از میکروسکوپ الکترونی روبشی مجهز به آنالیزور EDS و جهت بررسی خواص پوشش از آزمون های سختی و سایش استفاده شد. نتایج نشان داد که افزایش غلظت ساخارین به حمام، به کاهش درصد وزنی ذرات و افزایش غلظت SDS تا 1 گرم بر لیتر به افزایش درصد وزنی ذرات و کاهش قطر ذرات و توزیع بهتر آن ها در پوشش منجر می شود. همچنین با افزایش دانسیته جریان تا 15 آمپر بر دسیمتر مربع به افزایش حضور ذرات در پوشش و افزایش سختی پوشش منجر می شود. با افزایش سیکل کاری حضور ذرات در پوشش کم می شود. افزایش فرکانس از 1 تا 1000 هرتز باعث افزایش حضور ذرات در پوشش می شود. همچنین حضور بیشتر و توزیع یکنواخت تر ذرات در پوشش منجر به افزایش سختی و (در پوششهای بدون ترک) بهبود مقاومت سایشی پوشش می گردند.

مقدمه:

پوشش های کامپوزیتی با قرارگیری همزمان ذرات نارسانا و غیر محلول درون زمینه فلزی حاصل می شوند. این پوشش ها دارای خواص مکانیکی مطلوب بوده و در برابر سایش و خوردگی از پوشش های فلزی مقاومتر می باشند. میزان افزایش مقاومت آنها به مورفولوژی ذرات ریز خنثی درون پوشش کامپوزیتی و مقدار آنها بستگی دارد. کاهش اندازه دانه زمینه و همچنین کاهش قطر ذرات استحکام دهنده باعث بهبود خواص پوشش کامپوزیتی می شود. خواص خوب مکانیکی و مقاومت به اکسیداسیون و خواص مغناطیسی خوب این پوشش ها سبب شده در سال های اخیر مورد توجه خاصی قرار گرفته و در صنایع مختلف کاربرد زیادی پیدا کنند.

روش رسوب دهی الکتریکی به علت سادگی و ارزانی، دمای پایین فرایند، سادگی دستیابی به ساختار نانو و همچنین تولید پوشش هایی با دانسیته بالا و عاری از تخلخل یکی از روش های مناسب برای اعمال این پوشش ها بوده و در چند دهه گذشته مورد توجه خاص محققین بوده است.

ذرات سرامیکی با ابعاد نانو، رسوبدهی پوشش های بسیار نازک را امکان پذیر ساخته اند به  گونه ای که ممکن است در واحدهای ساخت میکرومکانیک اجزای حرکتی و یاتاقانها بسیار مورد توجه و کاربرد باشند.

پوشش های کرم تهیه شده به روش لایه نشانی الکتریکی در قطعات مهندسی بسیار مهمند. پوشش کرم به دلیل مقاومت سایشی و مقاومت شیمیایی بالا برای حفاظت از فلز پایه در مقابل سایش، خوردگی در دمای بالا و کاربرد های تزئینی کاربرد فراوانی دارد. پوشش های کامپوزیتی کرم منجر به بهبود ساختار رسوب کرم می شوند مثلا خواص سایشی و روانکاری پوشش بهبود می یابد. در زمینه پوشش های کامپوزیتی کرم کارهای بسیار کمی انجام شده است. ذرات مختلفی برای لایه نشانی همزمان با کرم استفاده شده است اما نکته قابل توجه مقدار بسیار محدود ذرات در پوشش کامپوزیتی است.

فصل اول: کلیات

کلیات:

در این تحقیق پوشش نانوکامپوزیتی کرم-کاربید تنگستن، از ترکیب حمام کرم سه ظرفیتی به روش آبکاری الکتریکی و با بهره گرفتن از جریان پالسی بر روی فولاد کربنی اعمال می شود.

در این تحقیق از افزودنی های سدیم دو دسیل سولفات و ساخارین استفاده می شود. سدیم دو دسیل سولفات به عنوان فعال ساز سطح و ساخارین جهت صاف و براق کردن مورفولوژی پوشش بکار می رود.

تاثیر پارامترهای پالس ( دانسیته جریان٬ سیکل کاری و فرکانس پالس ) بر روی مورفولوژی پوشش بررسی می شود.

مورفولوژی پوشش اعمال شده با بهره گرفتن از میکروسکوپ الکترونی مجهز به آنالیزور EDS بررسی می شود و سختی پوشش ها با بهره گرفتن از دستگاه سختی سنج با فرورونده ویکرز و مقاومت سایشی آن ها با بهره گرفتن از روش پین روی دیسک انجام می شود.

فصل دوم: مروری بر منابع

1-2- مقدمه

پوشش های کامپوزیتی از اوایل قرن نوزدهم مورد توجه قرار گرفته و اولین بار در سال 1928 پوشش کامپوزیتی مس-گرافیت برای اجزای موتور ماشین آزمایش شد ]1[. خواص خوب مکانیکی و مقاومت به اکسیداسیون و خواص مغناطیسی خوب این پوشش ها سبب شده در سال های اخیر مورد توجه خاصی قرار گرفته و در صنایع مختلف کاربرد زیادی پیدا کنند ]2[.

بهترین روش ایجاد پوشش های کامپوزیتی آبکاری الکتریکی است که از مزایای آن می توان به موارد زیر اشاره نمود:

1- به فشار و دمای بالا نیاز ندارد.

2- غلظت و فاصله بین ذرات رسوب قابل کنترل است.

3- اجزاء تغییر شکل نمی دهند.

4- به تجهیزات گرانقیمت نیاز ندارد.

5- امکان تولید در مقیاس صنعتی وجود دارد ]3و4[.

برای تهیه کامپوزیتهای زمینه فلزی اگر ذرات سرامیکی در الکترولیت به درستی پراکنده شوند و در طول آبکاری به طور همزمان رسوب کنند، رسوب نشانی الکتریکی یک روش مناسب است ]5[.

2-2- آبکاری الکتریکی

آبکاری الکتریکی فرایندی است که در آن با بهره گرفتن از جریان برق لایه نازکی از یک فلز روی سطح فلزی دیگر رسوب داده میشود. اساس آبکاری الکتریکی به اینصورت است که در اثر عبور جریان الکتریسیته از یک الکترولیت فلز محلول در آن روی کاتد رسوب کرده و متعاقبا مقداری از فلز آند وارد محلول میشود به این ترتیب ترکیب الکترولیت ثابت می ماند ]6[. آبکاری الکتریکی برای ایجاد      پوشش های تزئینی و محافظ اصلاح سطوح ساییده شده یا اضافه ماشین کاری شده، قطعه سازی یا بعبارتی شکل دهی الکتریکی قطعات شکل پیچیده که دارای زوایای متغیر، ابعاد دقیق و سطوح طرح دار هستند بکار میرود. عملیات آندکاری، تمیزکاری الکتریکی، پرداخت الکتریکی اسید شویی آندی، استخراج و تصفیه فلزات بکار میرود ]6[.

در رسوبدهی الکتریکی بایستی یک مدار الکتریکی با حضور یک باتری یا منبع تغذیه در خارج الکترولیت و یون های باردار در داخل محلول برقرار گردد. لذا برای انجام فرایند رسوبدهی الکتریکی هدایت الکتریکی مدار و تحرک یون های فلزی ضروری است ]2[.

1-2-2- مزایا و معایب آبکاری الکتریکی

از مزایای پوشش دهی از طریق آبکاری الکتریکی نسبت به سایر روش ها به موارد زیر می توان اشاره نمود:

1- انجام فرایند آبکاری دردمای پایین که خود باعث می شود تا قطعه دچار اعوجاج نگردد و واکنشهای مخرب ایجاد نشود.

2- پوشش های حاصل از این روش چسبندگی خوبی با زیر لایه دارند.

3- سرعت بالای تولید.

4- قابلیت ایجاد ساختاری فشرده و عاری از تخلخل.

5- هیچگونه محدودیت در میزان ضخامت پوشش از این روش وجود ندارد و برای فلزات نیکل
می توان به ضخامت mm 13 نیز رسید.

6- قابلیت رسوبدهی فازهای غیر تعادلی.

7- با تنظیم شرایط آبکاری می توان سختی، تنش داخلی و خصوصیات متالورژی پوشش را تغییر داد.

و معایب آن عبارتند از:

1- بدلیل اینکه توزیع چگالی جریان در قطعه یکنواخت نمی باشد پوشش تمایل به ضخیم شدن در لبه ها و گوشه ها و نازک شدن در فرورفتگی ها و مرکز سطوح را دارد.

2- اندازه حمام آبکاری محدود به ابعاد قطعه کار می باشد ]5و8[.

تاریخچه آبکاری الکتریکی به سال 1800 بر می گردد که یک دانشمند ایتالیایی طلا را برای اولین بار به صورت آبکاری الکتریکی پوشش داد. تا سال 1840 کار او تقریبا ناشناخته باقی ماند تا اینکه دوباره در سال 1841 هنری[1] و دوستش دو دانشمند بریتانیائی و روسی که ترکیب حمام آبکاری سیانیدی طلا را ابداع کرده بودند، اولین آبکاری طلا و نقره را به ثبت رسانیدند. امروزه با وجود حمامهای آبکاری با ترکیبات جدید و تجهیزات پیشرفته می توان آبکاری پیوسته سیم و یا تسمه، آبکاری قطعات فلزی با اشکال پیچیده را انجام داد ]9[.

3-2- آبکاری پوشش های کامپوزیتی

مواد کامپوزیتی مواد مهندسی ای هستند که از دو یا چند جزء تشکیل شده اند به گونه ای که این مواد مجزا و در مقیاس ماکروسکوپی قابل تشخیص هستند. کامپوزیت از دو قسمت اصلی ماتریکس[1](زمینه) و تقویت کننده (پرکننده) تشکیل شده است. ماتریکس با احاطه کردن تقویت کننده آنرا در محل نسبی خودش نگه می دارد و تقویت کننده موجب بهبود خواص مکانیکی ساختار  می گردد [10].

در پوشش های نانوکامپوزیتی، قطر ذرات تقویت کننده از ابعاد میکرمتری به زیر 100 نانومتر کاهش پیدا می کند و این امر باعث می شود که سختی، استحکام، مقاومت به سایش و مقاومت به خوردگی پوشش به مقدار قابل توجهی افزایش یابد. دستیابی به این خصوصیات مطلوب باعث کاربرد وسیع   پوشش های نانوکامپوزیتی در صنایع مختلف شده است ]10[. در تولید پوشش های نانوکامپوزیتی به روش آبکاری الکتریکی می توان از جریان مستقیم و پالسی[2] استفاده کرد. در روش آبکاری الکتریکی پالسی نسبت به روش آبکاری الکتریکی مستقیم، ذرات به مقدار بیشتر و با یکنواختی بیشتر در زمینه وارد می شوند و از طرفی به علت بیشتر بودن پارامترهای فرایند تولید کنترل بهتر خواص پوشش در این روش امکان پذیر است.

پارامترهای تولید مثل دانسیته جریان، سیکل کاری[3]، فرکانس، سرعت چرخش محلول و افزونی ها تاثیر زیادی در مقدار ذرات استحکام دهنده و همچنین توزیع آن ها در زمینه دارد ]11[.

1-3-2- مزایا و معایب آبکاری کامپوزیتی

مزایا:

1- توانایی تولید موادی با خواص تدریجی برای کاهش احتمال پدیده های ورقه ای شدن و پوسته ای شدن.

2- توانایی انجام فرایند بطور مداوم.

3- کاهش تلفات که اغلب روش های غوطه وری و پاشش با آن مواجه اند.

4- آلودگی کمتری نسبت به سایر روشها ایجاد می کند.

5- بکارگیری آسان و عملی برای قطعات با هر شکل هندسی.

6- توانایی و تشکیل پیوند اتمی با زیر لایه که قوی تر از پیوندهای مکانیکی حاصل از روش هایی مانند پاشش حرارتی می باشد ]12[.

معایب:

1- بهم پیوستن ذرات و توده ای شدن در اثر اعمال شرایط نامناسب الکترولیتی.

2- کاهش خاصیت انعطاف پذیری با افزودن ذرات مغناطیسی.