بررسی ریزساختار، چسبندگی و رفتار تریبولوژیکی پوشش اکسید آلومینیوم آندی متخلخل بر روی آلیاژ آلومینیوم 5083

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی اصفهان

2 دانشگاه صنعتی اصفهان

3 دانشکده مهندسی مواد دانشگاه صنعتی اصفهان

4 دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه تهران

5 دانشجوی دکتری دانشگاه شیراز

چکیده

آلیاژهای آلومینیوم به‌ویژه آلیاژ آلومینیوم 5083 دارای کاربردهای گسترده‌ای در صنایع دریایی هستند. یکی از کاربردهای مهم این آلیاژ در مقاطع آب بند و در معرض سایش می‌باشد. اعمال پوششی مناسب در سطح این آلیاژها می‌تواند از آن‌ها در برابر سایش به‌عنوان یکی از مهم‌ترین مکانیزم‌های تخریب این قطعات محافظت کند. در این پژوهش، پوشش اکسید آلومینیوم آندی متخلخل با روش آندایزینگ سخت بر روی آلیاژ آلومینیوم 5083 ایجاد شد. فرآیند آندایزینگ در دمای صفر درجه سانتی‌گراد، در محیط سولفوریک اسید و با ولتاژهای 20، 27 و 35 ولت انجام شد. به منظور بررسی خواص پوشش‌ها ریز سختی‌سنجی، زبری‌سنجی و ضخامت‌ پوشش‌ها اندازه‌گیری شد. آزمون پین روی دیسک و چسبندگی بر روی نمونه‌های پوشش داده شده انجام شد. بررسی‌های ریزساختاری نشان داد که فرآیند آندایزینگ باعث تشکیل پوشش آلومینای آمورف متخلخل بر روی سطح آلیاژ آلومینیوم 5083 می‌شود. افزایش ولتاژ آندایزینگ باعث افزایش تخلخل در سطح پوشش می‌شود که به تبع آن زبری سطح افزایش پیدا می‌کند. همچنین با افزایش ولتاژ، به دلیل بیشتر شدن نرخ انحلال زیرلایه آلیاژ آلومینیوم 5083 ضخامت و سختی پوشش افزایش یافت. بررسی‌های میکروسکوپی جهت ارزیابی کیفی چسبندگی، نشان‌دهنده چسبندگی مناسب پوشش‌ اکسید آلومینیوم آندی بود. انجام فرآیند آندایزینگ موجب بهبود قابل توجه رفتار تریبولوژیکی (حداقل بیش از 20 برابر) آلیاژ آلومینیوم 5083 شد. تصاویر SEM و نتایج آنالیز EDS از سطوح سایش و ذرات سایشی نشان داد که مکانیزم غالب سایش در زیرلایه آلیاژ آلومینیوم 5083 سایش خراشان و سایش ورقه‌ای بوده و مکانیزم غالب سایش پوشش‌های اکسید آلومینیوم سایش چسبان و ورقه‌ای می‌باشد.

کلیدواژه‌ها


  1. Nam, Jaehyeon, and Jaeyoung Kang. Effect of anodized coating on friction noise in aluminum, Journal of Mechanical Science and Technology, 33 (2019) 1545-1554.
  2. Bozza, Andrea, Roberto Giovanardi, Tiziano Manfredini, and Paolo Mattioli. Pulsed current effect on hard anodizing process of 7075-T6 aluminium alloy. Surface and Coatings Technology, 270 (2015) 139-144.
  3. Sheasby, P. G., S. Wernick, and R. Pinner. Surface treatment and finishing of aluminum and its alloys, (1987).
  4. A.Gawad, A. Soha, M.Walid. Osman, A. M. Fekry. Characterization and corrosion behavior of anodized aluminum alloys for military industries applications in artificial seawater. Surfaces and Interfaces, 14 (2019) 314-323.
  5. Vetrivendan, E., J. Jayaraj, S. Ningshen, C. Mallika, and U. Kamachi Mudali. Argon Shrouded Plasma Spraying of Tantalum over Titanium for Corrosion Protection in Fluorinated Nitric Acid Media, Journal of Thermal Spray Technology, 27 (2018) 512-523.
  6. Mehran, Q. M., M. A. Fazal, A. R. Bushroa, and Saeed Rubaiee. A critical review on physical vapor deposition coatings applied on different engine components, Critical Reviews in Solid State and Materials Sciences, 432 (2018) 158-175.
  7. Sun, Wen, Lida Wang, Zhengqing Yang, Sijia Li, Tingting Wu, and Guichang Liu. Fabrication of polydimethylsiloxane-derived superhydrophobic surface on aluminium via chemical vapour deposition technique for corrosion protection. Corrosion Science, 128 (2017) 176-185.
  8. Cui, Lan-Yue, Shang-Dong Gao, Ping-Ping Li, Rong-Chang Zeng, Fen Zhang, Shuo-Qi Li, and En-Hou Han. Corrosion resistance of a self-healing micro-arc oxidation/polymethyltrimethoxysilane composite coating on magnesium alloy AZ31. Corrosion Science, 118 (2017) 84-95.
  9. M.M. Qadir, Nanostructured surface modification for enhanced biocompatibility of Ti-based implant materials, Ph.D thesis, RMIT university, Australia, (2020).
  10. Poinern, Gerrard Eddy Jai, Nurshahidah Ali, and Derek Fawcett. Progress in nano-engineered anodic aluminum oxide membrane development, Materials, 4 (2011) 487-526.
  11. Xia, Z., L. Riester, B. W. Sheldon, W. A. Curtin, J. Liang, A. Yin, and J. M. Xu. Mechanical properties of highly ordered nanoporous anodic alumina membranes, Rev. Adv. Mater. Sci, 6(2004) 131-139.
  12. Beri, Rajesh, Manoj Kumar Kushwaha, and Neelkanth Grover. A review on studies of mechanical properties of anodized alumina oxide, Int. J. Res. Eng. Technol.4 (2017) 778-782.
  13. Lee, Woo, Kathrin Schwirn, Martin Steinhart, Eckhard Pippel, Roland Scholz, and Ulrich Gösele, Structural engineering of nanoporous anodic aluminium oxide by pulse anodization of aluminium, Nature nanotechnology,4 (2008) 234-239.
  14. Y.Ma, , X. Zhou, Y. Liao, X. Chen, C. Zhang, H. Wu, Z. Wang, W. Huang. Effect of anodizing parameters on film morphology and corrosion resistance of AA2099 aluminum-lithium alloy, Journal of The Electrochemical Society, 163 (2016) 369.
  15. Lee, S.Jun, S. J. Kim. Effect of Applied Current Density on Cavitation-Erosion Characteristics for Anodized Al Alloy, Journal of nanoscience and nanotechnology 18 (2018) 1365-1368.
  16. M.V. Paz, Mariana, S. T. Abrahami, T. Hack, Malte Burchardt, and Herman Terryn. A Review on Anodizing of Aerospace Aluminum Alloys for Corrosion Protection, Coatings 10 (2020) 1106.
  17. Aerts, Tom, T. Dimogerontakis, I. D. Graeve, J. Fransaer, and H. Terryn. Influence of the anodizing temperature on the porosity and the mechanical properties of the porous anodic oxide film, Surface and Coatings Technology, 201(2007) 7310-7317.

]18[ الف. سلندری، ق. براتی، م. احتشام زاده، تاثیر دانسیته جریان آندایزینگ بر خواص مکانیکی و خوردگی آلیاژ آلومینیوم 6061، نشریه علمی- پژوهشی علوم و مهندسی خوردگی، 7(1396)، 45-54.

  1. R. K. Choudhary, P. Mishra, V. Kain, K. Singh, S. Kumar, and J. K. Chakravartty. Scratch behavior of aluminum anodized in oxalic acid: effect of anodizing potential, Surface and Coatings Technology, 283 (2015)135-147.
  2. R. Jamaati, M. R. Toroghinejad, A. Najafizadeh. Application of anodizing and CAR processes for manufacturing Al/Al2O3 composite, Materials Science and Engineering: A 527 (2010), 3857-3863.
  3. N. Vidakis. A. Antoniadis, and N. Bilalis. The VDI 3198 indentation test evaluation of a reliable qualitative control for layered compounds, Journal of materials processing technology, 143 (2003) 481-485.
  4. J. E. O. M. Sanchéz, L. Sanchéz, W.Ipaz,. J.C .Aperador, C. Caicedo, M.Amaya, H. Landaverde, F. E. Beltran, J. Muñoz-Saldaña, and G. Zambrano. Mechanical, tribological, and electrochemical behavior of Cr1− xAlxN coatings deposited by rf reactive magnetron co-sputtering method, Applied Surface Science, 256 (2010) 2380-2387.
  5. L. U. O Peng, Z.Hai-hui, F.U. Chao-peng, and Ya-fei KUANG. Preparation of anodic films on 2024 aluminum alloy in boric acid-containing mixed electrolyte, Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 18 (2008), 825-830.
  6. H. Saffari, B. Sohrabi, M. R. Noori, H. R. Talesh Bahrami. Optimal condition for fabricating superhydrophobic Aluminum surfaces with controlled anodizing processes, Applied Surface Science, 435 (2018) 1322-1328.
  7. T.T.Kao, Y.Chung Chang. Influence of anodization parameters on the volume expansion of anodic aluminum oxide formed in mixed solution of phosphoric and oxalic acids, Applied surface science, 288 (2014) 654-659.
  8. R. Beri, M. K. Kushwaha, N. Grover. A review on studies of mechanical properties of anodized alumina oxide, Int. J. Res. Eng. Technol, 4(2017) 778-782.
  9. G. Patermarakis. The origin of nucleation and development of porous nanostructure of anodic alumina films, Journal of Electroanalytical Chemistry, 635 (2009) 39-50.
  10. S.Theohari, C. Kontogeorgou. Effect of temperature on the anodizing process of aluminum alloy AA 5052, Applied Surface Science, 284 (2013) 611-618.