فرآیند ساخت و ارزیابی خواص پوشش کامپوزیتی سیلیکا-آلومینا با نسبت‌های مختلف

نویسندگان

1 دانشگاه یزد

2 هیئت علمی دانشگاه یزد

چکیده

پوشش‌ کامپوزیتی سیلیکا-آلومینا روی فلزات و آلیاژها و بخصوص بر روی فولادها می‌تواند نقش افزایش مقاومت به سایش، مقاومت به خوردگی و مقاومت به اکسیداسیون را داشته باشد. در همین راستا در این تحقیق پوشش کامپوزیتی سیلیکا-آلومینا به روش سل-ژل روی فولاد St 52 مورد بررسی قرار گرفته است. سل آلومینا با استفاده از آلومینیوم ایزوپروپوکساید و سل سیلیکا نیز با استفاده از تترااتوکسید سیلسیم به عنوان پیش ماده تهیه گردید. سپس دو سل با نسبت‌های وزنی مختلف با یکدیگر مخلوط شد. نمونههای فولادی پس از پولیش و چربی‌گیری با روش غوطه‌وری پوشش داده شدند. پوششهای اعمال شده پس از خشک شدن در دمای محیط، در دمای 500 درجه سانتیگراد به مدت 1 ساعت پخت شدند. میکروساختار و آنالیز فازی پوشش به ترتیب توسط میکروسکوپ SEM و XRD و مقاومت به خوردگی آن با انجام تستهای الکتروشیمیایی و چسبندگی پوشش به روش pull off مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج بدست آمده نشان می‌دهد که با افزایش محتوای سیلیکا در پوشش‌های کامپوزیتی سیلیکا-آلومینا ریزساختار متراکم و همگن‌تری حاصل شده و مقاومت در برابر خوردگی و استحکام چسبندگی پوشش به زیرلایه افزایش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها


  1. N. Birks and G. H. Meierˏ Introduction to high temperature of metalsˏ Edward Arnoldˏ (1983)123-130.
  2. G. Y. Laiˏ High-temperture corrosion of engineering alloysˏ ASM internationalˏ (1997)140-151.
  3. S.K. Tiwariˏ T. Mishraˏ M. K. Gunjanˏ A. S. Bhattacharyyaˏ T. B. Singh and R. Singhˏ Development and characterization of sol–gel silica–alumina composite coatings on AISI 316L for implant applications, Surface & Coatings Technology 201(2007)7582–7588.
  4. J. G. Che cmanowski and B. Szczygiełˏ High temperature oxidation resistance of FeCrAl alloys coveredwith ceramic SiO2–Al2O3 coatings deposited by sol–gel methodˏCorrosion Science 50(2008)3581–3589.
  5. زنگنه کریم و طاهری مهشید، پوشش­های پیشرفته در مهندسی سطح، تهران، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، 1391.

J.L. Xu and K.A. Khorˏ  Plasma spraying for thermal barrier coatings: processes and applicationsˏ Thermal Barrier Coatingsˏ A volume in Woodhead Publishing Series in Metals and Surface Engineering, 99–114.     

  1. Jianguoˏ L. Gaoping and G. Chuanweiˏ Enhancement of the Erosion-Corrosion Resistance of Dacromet with Hybrid SiO2 Sol-Gelˏ In: Surface & Coatings Technologyˏ 200(2006)67-4975.
  2. T. M. Butlerˏ B. D. MacCraith and C. McDonaghˏ Leaching in Sol-Gel- Derived Silica Films for Optical pH Sensingˏ In: Journal of Non-Crystalline Solidsˏ 224(1998)249-258.
  3. Schmidt and E. Geiterˏ The Sol-Gel Process for Nano-Technologies:New Nanocomposites with Interesting Optical and Mechanical Propertiesˏ In: Journal of Sol-Gel Science and Tech. 13ˏ 13(1998)397-404.
  4. Xiaowei Niuˏ He Zhangˏ Xiaojun Hu and Wei Hanˏ Synthesis of well-adhered SiO2–Al2O3 glass-ceramic coating on NiCrFe alloy supportsˏ Surface Science 268(2013)265– 269.
  5. J. G. Che˛cmanowski and B. Szczygiełˏ The behavior of FeCrAl alloys with a silica-rich ceramic coatings SiO2–Al2O3 under high temperature oxidation condition and thermal shocksˏ Material chemistry and physicˏ 126(2011)409-416.
  6. S. K. Tiwariˏ T. Mishraˏ M. K. Gunjanˏ A. S. Bhattacharyyaˏ T. B. Singh and R. Singhˏ Development and characterization of sol–gel silica–alumina composite coatings on AISI 316L for implant applicationsˏ Surface & Coatings Technologyˏ 201(2007)7582–7588.
  7. Christian Mittererˏ PVD and CVD Hard Coatingsˏ Comprehensive Hard Materialsˏ 2(2014)449–467.
  8. M. Afzalˏ M. Ajmalˏ A. Nusair Khanˏ A. Hussain and R. Akhterˏ Surface modification of air plasma spraying WC–12%Co cermet coating by laser melting techniqueˏ Optics & Laser Technologyˏ 56(2014)202–206.
  9. S. Sakkaˏ Handbook of sol-gel science and technology. 1. Sol-gel processingˏ 1(2005): Springer.
  10. C. J. Brinker and G. W. Schererˏ Sol-gel science: the physics and chemistry of sol-gel processingˏ Access Online via Elsevier(1990)
  11. J. Teresaˏ Z. Bandosˏ L. Chuanˏ A. James and J. RitterˏPorosity and Surface Acidity of SiO2–Al2O3 Xerogels, Colloid and Interface Scienceˏ 198(1998)347–353.
  12. Y. Adraiderˏ Y. X. Pangˏ F. Nabhaniˏ S. N. Hodgsonˏ M. C. Sharp and A. Al-Waidhˏ Deposition of alumina
 coatings on stainless steel by a combined laser/sol–gel techniqueˏ Materials Lettersˏ 91(2013)88–91.

  1. T. Hubertˏ S. Svoboda and B. Oertelˏ Wear resistant alumina coatings produced by a sol–gel processˏ Surf. Coat. Technolˏ 201ˏ 12(2006)487-491.
  2. S. K. Tiwariˏ R. K. Sahuˏ A. K. Pramanick and Raghuvir Singhˏ Development of conversion coating on mild steel prior to sol gel nanostructured Al2O3 coating for enhancement of corrosion resistanceˏ Surface & Coatings Technologyˏ 205(2011)4960–4967.
  3. Y. Wangˏ W. Tianˏ T. Zhang and Y. Yangˏ Microstructure, spallation and corrosion of plasma sprayed Al2O3–13%TiO2 coatingsˏ Corros. Sci. 51(2009)2924.
  4. G. Ruhiˏ O. P. Modiˏ A. S. K. Sinha and I. B. Singhˏ Effect of sintering temperatures on corrosion and wear properties of sol–gel alumina coatings on surface pre-treated mild steelˏ Corrosion Scienceˏ 50(2008)639–649.
  5. M. A. Domínguez-Crespoˏ E. Ramírez-Menesesˏ A. M. Torres-Huertaˏ A. García-Murilloˏ E. M. Arce-Estrada and O. G. Castillo-Hernándezˏ Synthesis by Sol-gel Route and Characterization of Ceria Doped Silica Coatings on Commercial Carbon Steelˏ Portugaliae Electrochimica Actaˏ 27(3)(2009)257-267.
  6. C. A. Mileaˏ  C. Bogatu and  A. Dutaˏ The Influence of  arameters in silica sol-gel processˏ Transilvania University of Braşovˏ 4(53) (2011).
  7. C. McDonagh and F. Sheridanˏ Characterisation of Sol-Gel-Derived Silica Filmsˏ Journal of Non-Crystalline Solidsˏ 194(1996)72-77.
  8. S. P. Marzolinˏ Fabrication of Glass Microstructures by Micro-Molding of Sol-Gel Precursorsˏ Advanced Materials 10ˏ 8(2001)571-574.
  9. J.Estella, and J. C. Echeverríaˏ Effects of Aging and Drying Conditions on the Structural and Textural Properties of Silica Gelsˏ Microporous and Mesoporous Materialsˏ 102(2007)274-282.
  10. J. B. Miller and E. I. Koˏ Control of mixed oxide textural and acidic properties by thesol–gel methodˏ Catal, Todayˏ 35(1997)269–292.
  11. قاسمی علی، اشرفی زاده فخرالدین، گلعذار محمدعلی و دهملایی رضا،  تاثیر پوشش سل-ژل سیلیکا بر مقاومت خوردگی داغ نیکل در دمای بالا، علوم و مهندسی سطح، 1(1384) 21-29.
    1. A. Douyˏ Crystallization of amorphous spray-dried precursors in the Al2O3–SiO2 systemˏ J. Eur. Ceram. Socˏ 26(2006)1447–1454.
    2. L. Parolaˏ G. Deganelloˏ S. Scire and A. M. Veneziaˏ Effect of the Al/Si atomic ratio on surface and structural properties of sol–gel prepared aluminosilicatesˏ  J. Solid State Chem.ˏ 174(2013)482–488.
    3. Q. L. Liangˏ G. Y. Zhao and J. G. Luˏ Synthesis and fine patterning of organic–inorganic composite SiO2–Al2O3 thick filmsˏ Surface Scienceˏ 253(2007)5442–5446.
    4. M. Salesˏ J. Vila and J. Alarcoˏ Effect of NiO and/or TiO2 on mullite formation and microstructure from gelsˏ  J. Mater. Sci.ˏ 33(1998)4435–4446.