پایان نامه ارشد : اعمال پوشش نانوکامپوزیتی کرم-کاربید تنگستن بر روی فولاد کربنی

دانلود رایگان پایان نامه رشته مهندسی مواد 

گرایش : شناسایی و انتخاب مواد مهندسی

عنوان : اعمال پوشش نانوکامپوزیتی کرم-کاربید تنگستن بر روی فولاد کربنی

دانشگاه آزاد اسلامی

واحد تهران جنوب

دانشکده تحصیلات تکمیلی

 پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد “M.Sc”

مهندسی مواد-شناسایی و انتخاب مواد مهندسی

 عنوان:

اعمال پوشش نانوکامپوزیتی کرم-کاربید تنگستن بر روی فولاد کربنی و بررسی خواص سایشی آن

استاد راهنما:

 دکتر احمدعلی آماده

 استاد مشاور:

دکتر محمود حیدرزاده سهی

 
 
 
فهرست مطالب
  عنوان                                                                                                                              صفحه 

چکیده۱
 مقدمه۲
فصل اول : کلیات
کلیات
۳
۴
فصل دوم : مروری بر منابع۵
۲-۱- مقدمه۶
۲-۲- آبکاری الکتریکی۶
          ۲-۲-۱- مزایا و معایب آبکاری الکتریکی۷
۲-۳- آبکاری پوششهای کامپوزیتی۸
          ۲-۳-۱- مزایا و معایب آبکاری کامپوزیتی۹
۲-۴- پوشش های نانوکامپوزیتی۱۰
          ۲-۴-۱- روش تولید پوششهای نانوکامپوزیتی۱۰
          ۲-۴-۲- کاربرد پوششهای  نانوکامپوزیتی۱۱
۲-۵- مکانیزم رسوب الکتریکی۱۲
          ۲-۵-۱- رسوبگذاری کرم سه ظرفیتی۱۳
          ۲-۵-۲- کمپلکس سازهای کرم۱۴
۲-۶- آبکاری کرم سه ظرفیتی۱۵
          ۲-۶-۱- ترکیب حمام کرم سه ظرفیتی۱۵
          ۲-۶-۲- ویژگی های ترکیب حمام آبکاری۱۶
          ۲-۶-۳- مشکلات آبکاری کرم سه ظرفیتی۱۶
۲-۷- مکانیزمهای همرسوبی الکتروشیمیایی۱۷
          ۲-۷-۱- مدل کلاسیک گاگلیمی۱۸
          ۲-۷-۲- مدل Celies۲۱
۲- ۸- پایداری پراکندگی سیستم های کلوئیدی۲۲
          ۲-۸-۱- توزیع فیزیکی نانو ذرات با عملیات اولتراسونیک۲۳
          ۲-۸-۲- روش های شیمیایی پراکندگی سیستم های کلوئیدی۲۳
۲-۹- تاثیر نوع جریان آبکاری۲۷
۲-۱۰- تاثیر زمان روشنایی و خاموشی۲۸
۲-۱۱- تاثیر دانسیته جریان۲۹
۲-۱۲- روش های تعیین ذرات پراکنده در پوشش۳۳
          ۲-۱۲-۱- روش وزنی۳۳
          ۲-۱۲-۲- روش میکروسکوپی۳۳
          ۲-۱۲-۳- روش میکروآنالیزورهای پروپ الکترونی۳۳
          ۲-۱۲-۴- روش طیف نگاری مرتبط با فوتون (PCS)۳۴
۲-۱۳- سایش و مکانیزمهای آن۳۴
فصل سوم : روش انجام آزمایش۳۷
۳-۱- مواد مورد استفاده۳۸
۳-۲- وسایل و تجهیزات مورد استفاده جهت آبکاری۳۹
          ۳-۲-۱- منبع جریان۴۰
۳-۳- آماده سازی الکترولیت و آبکاری نمونه ها۴۱
۳-۴- ارزیابی نمونه ها۴۴
۳-۵- نحوه بررسی اثر پارامترهای انتخاب شده بر ریز ساختار و خواص پوشش۴۵
          ۳-۵-۱- بررسی اثر غلظت پخش کننده (SDS)۴۵
          ۳-۵-۲- بررسی اثر افزودنی ساخارین۴۶
          ۳-۵-۳- بررسی اثر دانسیته جریان۴۶
          ۳-۵-۴- بررسی اثر فرکانس۴۷
          ۳-۵-۵- بررسی اثر چرخه کاری۴۷
          ۳-۵-۶- بررسی اثر غلظت کاربیدتنگستن۴۸
فصل چهارم : نتایج و بحث۴۹
۴-۱- بررسی اثر افزودنیها بر مورفولوژی پوششهای نانوکامپوزیتیCr-WC۵۰
         ۴-۱-۱- تاثیر سورفکتانت SDS۵۱
         ۴-۱-۲- تاثیر افزودنی ساخارین۵۶
         ۴-۱-۳- تاثیر غلظت ذرات کاربید تنگستن در محلول۵۹
۴-۲- بررسی اثر پارامترهای آبکاری پالسی بر مورفولوژی پوششهای نانوکامپوزیتی Cr-WC۶۱
         ۴-۲-۱- تاثیر دانسیته جریان۶۱
         ۴-۲-۲- تاثیر چرخه کاری۶۵
         ۴-۲-۳- تاثیر فرکانس پالس۶۷
۴-۳- بررسی اثر پارامترهای موثر بر سختی و رفتار سایشی پوششهای نانوکامپوزیتی Cr-WC۷۰
        ۴-۳-۱- تاثیر غلظت ذرات WC در حمام آبکاری۷۰
        ۴-۳-۲- تاثیر غلظت سورفکتانت SDS۷۳
        ۴-۳-۳- تاثیر افزودن ساخارین۷۵
        ۴-۳-۴- تاثیر دانسیته جریان۷۸
        ۴-۳-۵- تاثیر فرکانس پالس۸۱
        ۴-۳-۶- تاثیر چرخه کاری۸۳
فصل پنجم : نتیجه گیری و پیشنهادها۸۵
نتیجه گیری۸۶
پیشنهادها۸۷
مراجع ۸۸
مراجع فارسی۸۹
مراجع لاتین۹۰
چکیده انگلیسی۹۴

چکیده
          آبکاری الکتریکی 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 ۱ 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 ۱۵ 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 ۱ تا ۱۰۰۰ 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 فرآیند، 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 امکانپذیر 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.
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.
۲-۱- مقدمه
       پوشش های کامپوزیتی از اوایل قرن نوزدهم مورد توجه قرار گرفته و اولین بار در سال ۱۹۲۸ پوشش کامپوزیتی مس-گرافیت برای اجزای موتور ماشین آزمایش شد ]۱[. 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 ]۲[.
       بهترین روش ایجاد پوشش های کامپوزیتی آبکاری الکتریکی است که از مزایای آن می توان به موارد زیر اشاره نمود:
۱- به فشار و دمای بالا نیاز ندارد.
۲- غلظت و فاصله بین ذرات رسوب قابل کنترل است.
۳- اجزاء تغییر شکل نمی دهند.
۴- به تجهیزات گرانقیمت نیاز ندارد.
۵- امکان تولید در مقیاس صنعتی وجود دارد ]۳و۴[.
       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 ]۵[.
۲-۲- آبکاری الکتریکی
       آبکاری الکتریکی فرآیندی 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 ]۶[. 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 ]۶[.
       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 فرآیند رسوبدهی الکتریکی هدایت الکتریکی مدار و تحرک یون های فلزی ضروری است ]۲[.
شکل ۲-۱- شماتیکی از سلول آبکاری الکتریکی ]۷[.
۲-۲-۱- 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:
۱- انجام فرآیند آبکاری دردمای پایین که خود باعث می شود تا قطعه دچار اعوجاج نگردد و واکنشهای مخرب ایجاد نشود.
۲- پوشش های حاصل از این روش چسبندگی خوبی با زیر لایه دارند.
۳- سرعت بالای تولید.
۴- قابلیت ایجاد ساختاری فشرده و عاری از تخلخل.
۵- هیچگونه محدودیت در میزان ضخامت پوشش از این روش وجود ندارد و برای فلزات نیکل
می توان به ضخامت mm 13 نیز رسید.
۶- قابلیت رسوبدهی فازهای غیر تعادلی.
۷- با تنظیم شرایط آبکاری می توان سختی، تنش داخلی و خصوصیات متالورژی پوشش را تغییر داد.
و معایب آن عبارتند از:
۱- 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.
۲- اندازه حمام آبکاری محدود به ابعاد قطعه کار می باشد ]۵و۸[.
       تاریخچه آبکاری الکتریکی به سال ۱۸۰۰ بر می گردد که یک دانشمند ایتالیایی طلا را برای اولین بار به صورت آبکاری الکتریکی پوشش داد. تا سال ۱۸۴۰ کار او تقریبا ناشناخته باقی ماند تا اینکه دوباره در سال ۱۸۴۱ هنری[۱] 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 ]۹[.
تعداد صفحه :۱۱۳
 

دانلود رایگان این پایان نامه

برای دیدن لیست بقیه پایان نامه های رشته مواد اینجا کلیک کنید

 

مطلب پیشنهادی
دانشگاه کاشان دانشکده معماری و هنر گروه پژوهش هنر پایان…
Cresta Posts Box by CP