پوشش الکترولس دولایه Ni–P–ZrO2/Ni–P روی فولاد ضد زنگ

عمر قطعات و اجزای کار به طور عمده به عملکرد عوامل خارجی و محیط عملیاتی بستگی دارد. سطح مواد یک منطقه آسیب پذیر برای اشکال مختلف حمله است [1]. بنابراین، به منظور گسترش عمر قطعات قطعات کار و کاهش هزینه های مواد، اصلاح سطح یک روش موثر و اقتصادی است [2،3].

پوشش آبکاری الکتریکی و الکترولیز به طور گسترده ای برای اصلاح سطح در صنعت مورد استفاده قرار گرفته است [5]. در مقايسه با آبکاری برقی که نيازمند سيستم تصفيه پیچیده و الکتريکی است، پوشش الکترولس به يک واکنش شيميايی متکی است و می تواند لايه پوششي يکنواخت را روی قطعات کاري نامنظم شکل دهد. این می تواند تمام سطح آیتم را به طور یکنواخت، بر خلاف پوشش برقی که به سختی در محیط های محصور و داخلی قرار گیرد پوشش دهد [6]. اگرچه فلزات مختلفی می توانند بدون الکترود پوشانده شوند، پوشش های الکترولیس Ni-P به واسطه خواص برتر آنها به طور گسترده ای در بسیاری از صنایع مورد استفاده قرار گرفته اند [7،8].

ریزساختار و خواص پوشش الکترولس Ni-P به طور عمده به مقدار فسفر در رسوب بستگی دارد. فرایند پوشش فسفر پایین Ni-P مخلوطی از میکروکریستال و میکروساختارهای آمورف با خواص مکانیکی نسبتا بالا دارد. پوشش Ni-P فسفر بالا به علت میکروساختار آمورف همگن، مقاومت به خوردگی بالا را نشان می دهد. با این حال، خواص مکانیکی آن نسبتا ضعیف است [9،10]. به منظور دستیابی به خواص خوردگی و خواص مکانیکی، پوششهای چند لایه با پوشش Ni-P با فسفر زیاد به عنوان لایه داخلی در سالهای اخیر توسعه یافته است.

انواع پوشش های سخت مانند Ni-B [11]، Ni-P-ZrO2 و Ni-P-TiO2 [12] به عنوان لایه بیرونی به منظور بهبود خواص مکانیکی و خوردگی پوشیده شده است. روش سنتی ساخت پوشش های کامپوزیتی سرامیکی فلز، مخلوطی از ذرات جامد سخت در الکترولیت است . اخیرا افراد از ذرات نانو ذرات برای سنتز پوشش نانو کامپوزیت Ni-P استفاده می کنند [13-16]. با این وجود، با توجه به اندازه کوچک و انرژی بالای آن، سخت شدن برای تعلیق یا سوسپانسیون خوب نانوذرات در ماتریس پوشش بسیار دشوار است. برای اجتناب از تجمع ذرات، ما یک تکنولوژی فلزی پیشرفته که روش سل ژل را با روش های الکترولیز و الکترولیز ترکیب می کند به کار گرفتیم.

نانو ذرات به شدت پراکنده وارد پوشش شده اند که موجب بهبود قابل ملاحظه ای در خواص مکانیکی می شود [17-19]. فولاد ضد زنگ دارای کاربردهای گسترده ای از قبیل صنعت ساخت و ساز، فرآیند مواد غذایی، صنعت خودرو و سخت افزار خانگی است [20-22]. با این حال، آنها معمولا سختی سطح و مقاومت پایینی در برابر سایش دارند. بنابراین ایجاد یک سیستم پوشش موثر برای داشتن ویژگی پوشش خوب و حفظ مقاومت در برابر خوردگی بسیار مطلوب است. در تحقیق حاضر یک پوشش duplex Ni-P-ZrO2 / Ni-P بر روی فولادهای ضد زنگ توسعه داده شد. پوشش Ni-P با فسفر بالا به عنوان لایه داخلی برای اطمینان از مقاومت در برابر خوردگی خوب پوشیده شد، در حالی که پوشش نیکل-فسفر زیرکنیوم دی اکسید با فسفر پایین به عنوان لایه بیرونی برای تقویت خواص مکانیکی پوشیده شد. ریزساختار، خواص مکانیکی، مقاومت خوردگی و ویژگی هیدروفوبی پوشش ها به طور سیستماتیک مورد بررسی قرار گرفت.

ترکیبات شیمیایی استیل 316

طیف پراش پرتوی ایکس سطح و پوشش دولایه نیکل – فسفر

تصویر SEM از a: دولایه نیکل فسفر- نیکل فسفر  b: Duplex Ni–P–ZrO2/Ni–P

تصویر SEM از a: دولایه نیکل فسفر- نیکل فسفر  b: Duplex Ni–P–ZrO2/Ni–P

نتایج پتانسیل خوردگی بر حسب سال با اسپری نمک

References

[1] Nasser Kanani, Electroplating, Elsevier Advanced Technology, Oxford, 2004.

[2] R.A. Shakoor, R. Kahraman, U. Waware, Y.X. Wang, W. Gao, Properties of electrodeposited Ni–B–Al2O3 composite coatings, Mater. Des. 64 (2014) 127– 135.

[3] R.A. Shakoor, R. Kahraman, U. Waware, Y.X. Wang, W. Gao, Synthesis and properties of electrodeposited Ni–B–CeO2 composite coatings, Mater. Des. 59 (2014) 421–429.

[4] S. Karthikeyan, B. Ramamoorthy, Effect of reducing agent and nano Al2O3 particles on the properties of electroless Ni–P coating, Appl. Surf. Sci. 307 (2014) 654–660.

[5] Arthur A. Tracton, Coatings Technology Handbook, CRC Press, Boca Raton, 2006.

[6] Glenn.O. Mallory, Juan.B. Hajdu, Electroless Plating: Fundamentals and Applications, Noyes Publications, New York, 1990.

[7] T.S.N. Sankara Narayanan, I. Baskaran, K. Krishnaveni, S. Parthiban, Deposition of electroless Ni–P graded coatings and evaluation of their corrosion resistance, Surf. Coat. Technol. 200 (2006) 3438–3445.

[8] M. Sarret, C. Muller, A. Amell, Electroless NiP micro- and nano-composite coatings, Surf. Coat. Technol. 201 (2006) 389–395.

[9] C.D. Gu, J.S. Lian, G.Y. Li, L.Y. Niu, Z.H. Jiang, High corrosion-resistant Ni–P/Ni/ Ni–P multilayer coatings on steel, Surf. Coat. Technol. 197 (2005) 61–67.

[10] P. Sahoo, S.K. Das, Tribology of electroless nickel coatings–a review, Mater. Des. 32 (2011) 1760–1775.

[11] T.S.N. Sankara Narayanan, K. Krishnaveni, S.K. Seshadri, Electroless Ni–P/Ni–B duplex coatings: preparation and evaluation of microhardness, wear and corrosion resistance, Mater. Chem. Phys. 82 (2003) 771–779.

[12] E. Georgiza, J. Novakovic, P. Vassiliou, Characterization and corrosion resistance of duplex electroless Ni–P composite coatings on magnesium

alloy, Surf. Coat. Technol. 232 (2013) 432–439.

[13] J.N. Balaraju, T.S.N. Sankara Narayanan, S.K. Seshadri, Electroless Ni–P composite coatings, J. Appl. Electrochem. 33 (2003) 807–816.

[14] J. Novakovic, P. Vassiliou, Vacuum thermal treated electroless NiP–TiO2 composite coatings, Electrochim. Acta 54 (2009) 2499–2503.

[15] K. Zielin´ ska, A. Stankiewicz, I. Szczygieł, Electroless deposition of Ni–P-nano- ZrO2 composite coatings in the presence of various types of surfactants, J. Colloid. Interf. Sci. 377 (2012) 362–367.

[16] P. Makkar, R.C. Agarwala, V. Agarwala, Chemical synthesis of TiO2 nanoparticles and their inclusion in Ni–P electroless coatings, Ceram. Int. 39

(2013) 9003–9008.

[17] W.W. Chen, W. Gao, Plating or coating method for producing metal–ceramic coating on a substrate, Patent NZ578038, New Zealand, 2009.

[18] W.W. Chen, W. Gao, Y.D. He, A novel electroless plating of Ni–P–TiO2 nanocomposite coatings, Surf. Coat. Technol. 204 (2010) 2493–2498.

[19] Y.X. Wang, W.W. Chen, A. Shakoor, R. Kahraman, W. Lu, B. Yan, W. Gao, Ni–P– TiO2 composite coatings on copper produced by sol-enhanced electroplating, Int. J. Electrochem. Sci. 9 (2014) 4384–4393.

[20] K. Hari Krishnan, S. John, K.N. Srinivasan, J. Praveen, M. Ganesan, P.M. Kavimani, An overall aspect of electroless Ni–P depositions–a review article, Metall. Mater. Trans. A 37 (2006) 1917–1926.

[21] Q. Zhao, Y. Liu, Modification of stainless steel surfaces by electroless Ni–P and small amount of PTFE to minimize bacterial adhesion, J. Food. Eng. 72 (2006) 266–272.

[22] J.R. Davis, ASM Specialty Handbook: Stainless Steels, ASM International, 1994.

[23] Y.J. Yang, W.W. Chen, C.W. Zhou, H.B. Xu, W. Gao, Fabrication and characterization of electroless Ni–P–ZrO2 nano-composite coatings, Appl. Nanosci. 1 (2011) 19–26.

[24] W.W. Chen, Y.D. He, W. Gao, Electrodeposition of sol-enhanced nanostructured Ni–TiO2 composite coatings, Surf. Coat. Technol. 204 (2010)

2487–2492.

[25] Y.X. Wang, Y. Ju, S.W. Wei, W. Gao, W. Lu, B. Yan, Au–Ni–TiO2 nano-composite coatings prepared by sol-enhanced method, J. Electrochem. Soc. 161 (2014) D775–D781.

[26] Y.X. Wang, S.J. Wang, X. Shu, W. Gao, W. Lu, B. Yan, Preparation and property of sol-enhanced Ni–B–TiO2 nano-composite coatings, J. Alloys Comp. 617 (2014) 472–478.

[27] W.X. Zhang, Z.H. Jiang, G.Y. Li, Q. Jiang, J.S. Lian, Electroless Ni–P/Ni–B duplex coatings for improving the hardness and the corrosion resistance of AZ91D magnesium alloy, Appl. Surf. Sci. 254 (2008) 4949–4955.