رفتن به محتوای اصلی
x
بررسی فرایند و تأثیر پارامترهای موثر بر خواص پوشش های كامپوزیتی الكترولس نیكل - فسفر حاوی نانوذرات طلا بر زیرلایه فولاد كم كربن St37
تاریخ دفاع
مقطع تحصیلی
كارشناسی ارشد
گروه آموزشی
شناسایی وانتخاب مواد
استاد

سیدمحمود منیرواقفی

دانشکده
مهندسی مواد

امروزه انجام عملیات سطحی یا مهندسی سطح جزو فرایندهای اجتناب­ناپذیر برای افزایش طول عمر کاری قطعات پرکاربرد، حساس و گران‌قیمت به شمار می‌رود. فرایند شیمیایی رسوب‌دهی به روش الکترولس موجب یکنواختی پوشش در تمامی قسمت‌های قطعه که در تماس با محلول الکترولس بوده­اند می­شود که این امر موجب محبوبیت این روش پوشش‌دهی از بین روش­های مهندسی سطح شده است. در کنار یکنواختی داشتن خصوصیاتی چون سختی بالا، مقاومت عالی به خوردگی، مقاومت به سایش، ایجاد رنج وسیعی از ضخامت یکنواخت روی سطح، خواص مکانیکی و فیزیکی مناسب، روانکاری سطحی باعث شده است که پوشش‌های الکترولس نیکل فسفر به‌عنوان پوشش‌های سخت و محبوب برای مصارف صنعتی شناخته شوند. پوشش‌های الکترولس کامپوزیتی عموماً به‌منظور بهبود خواص سایشی همراه با سختی بالا و نیز خواص روان کاری به کار برده می‌شوند به‌طوری‌که استفاده از این پوشش‌ها در قطعات مختلف بستگی به مجموعه خواصی دارد که سیستم کامپوزیتی ایجاد می‌کند. امروزه با توسعه­ی فرایندهای پوشش­دهی کامپوزیتی به روش الکترولس، کاربردهای پیچیده­تری نیز برای این دسته از پوشش‌ها به‌سرعت در حال گسترش است. در این پژوهش یکی از اهداف افزودن ذرات فاز ثانویه­ی نانوذرات طلا،   بررسی خواص اپتیکی پوشش نهایی جهت کاربردهای پزشکی به‌خصوص حسگرهای نوری است. در این مطالعه   پوشش الکترولس Ni-P و پوشش الکترولس کامپوزیتی Ni-P حاوی نانوذرات طلا با مقادیر مختلف ppm 25 و ppm 5/12 در حمام بر روی نمونه‌هایی از جنس فولاد St37 به ضخامت پوشش 25تا 30 میکرومتر اعمال شد و اثر مشخصه‌های حمام در محدوده دمایی 80 الی 90 درجه سانتی‌گراد، pH 4 و 5، سرعت همزدن 150 الی 450 دور بر دقیقه بر خواص پوشش بررسی گردید. همه­ی نمونه­ها از نظر مورفولوژی به کمک میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی مورد بررسی قرار گرفتند و تصاویری با ساختار گل‌کلمی که نشان از پوشش­دهی الکترولس نیکل - فسفر است به دست آمد. تمامی نمونه­های نانوکامپوزیتی مورد بررسی ریزسختی‌سنجی نیز قرار گرفتند که کاهش نسبی سختی در نمونه‌های با درصدهای بالای نانوذرات طلا مشاهده­ شد. همه­ی نمونه­های نانوکامپوزیتی مورد بررسی آنالیز عنصری EDAX قرار گرفتند نتایج نشان می‌دهد که درصد طلا در نمونه‌ها بین 3 تا 32 درصد وزنی است. از مقایسه­ی نتایج آنالیز عنصری EDAX نقطه­ای و منطقه­ای می­توان به توزیع یکنواخت نانوذرات طلا در پوشش­های اعمال شده، پی برد. نقشه­ی آنالیز عنصری نمونه‌ها نیز کلوخه­ای نشدن نانوذرات طلا در حمام و در پوشش نانوکامپوزیتی را نشان می­دهد. پس از آنالیز عنصری EDAX نمونه­های با درصد وزنی طلای 7%، 31% و 32%   به‌عنوان نمونه­های بهینه انتخاب شدند. خواص نوری نمونه­های بهینه با استفاده از طیف­سنجی نور مرئی و مادون‌قرمز نزدیک بررسی شد. در نمودار طیف‌سنجی قله پراکندگی و یا اصطلاحاً Scattering هنگامی مشاهده می‌شود که پوشش‌ها حاوی نانوذرات طلا با قطر بیشتر از 15 نانومتر باشند که در مورد نمونه­های منتخب این مورد مشاهده شد. همچنین با افزایش درصد عنصر طلا در پوشش، این پراکنش بیشتر شده است و قله حاصل شده باریک‌تر و در نتیجه مشخص­تر است و قله به سمت طول‌موج‌های بلندتر انتقال می‌یابد. این قله‌ها در طول‌موج‌های بازه 1894 تا 1943 نانومتر ایجاد شده­اند که در نتیجه از این پوشش احتمالاً می­توان در حسگرهای  پلاسمونیک با امواج فروسرخ استفاده نمود. در نمونه‌ای که در دمای 90 درجه سانتی‌گراد، اسیدیته 4 و سرعت همزدن 450 دور بر دقیقه در حمام الکترولس نیکل - فسفر با غلظت ppm 25 نانوذرات طلا پوشش‌دهی شد، 32 درصد وزنی طلا در پوشش و 520 ویکرز سختی گزارش شد. نمودار طیف‌سنجی این نمونه نشان می‌دهد که قله پراکندگی باریکی در حدود طول موج 1943 نانومتر رخ‌داده است.

تحت نظارت وف ایرانی