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
استاد

سيدمحمود منيرواقفي

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