بررسي فرايند و تأثير پارامترهاي مؤثر بر خواص پوشش‌هاي كامپوزيتي الكترولس نيكل - فسفر حاوي نانوذرات طلا بر زيرلايه فولاد كم‌كربن St37

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مواد

كارشناسي ارشد

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.

220311

شناسايي و انتخاب مواد

مهندسي مواد

دانشگاه صنعتي اصفهان