بررسی اثر میزان فسفر و عملیات حرارتی بر ساختار، سختی و رفتار سایشی پوشش کبالت-فسفر

نویسندگان

دانشکده مهندسی متالورژی و مواد، پردیس دانشکده های فنی دانشگاه تهران

چکیده

پوشش­ آلیاژی کبالت-فسفر به روش آبکاری الکتریکی با استفاده از جریان مستقیم بر روی فولاد St37 اعمال شد. با تغییر میزان فسفر در ترکیب پوشش آلیاژی ساختار فیلم ترسیب شده تغییر کرد و بصورت آمورف، نانوکریستالی و یا ترکیبی از این دو ترسیب شد. علاوه بر میزان فسفر، عملیات حرارتی پوشش نیز باعث تغییر ساختار شد. تاثیر ساختار فازی در مقادیر مختلف فسفر قبل و بعد از عملیات حرارتی بر روی سختی و رفتار سایشی مورد مطالعه قرار گرفت. از میکروسکوپ الکترونی روبشی با حد تفکیک بالا (HR-SEM) مجهز به دستگاه طیف­ سنج توزیع انرژی ایکس (EDS) به منظور بررسی­ مورفولوژی و ترکیب شیمیایی و همچنین از دستگاه پراش­سنج پرتوی ایکس (XRD) جهت تعیین ساختار فازی پوشش­ها استفاده شد. میکروسختی پوشش­ها به­وسیله دستگاه میکروسختی­سنج ویکرز اندازه­گیری شد و بررسی رفتار سایشی پوشش­های Co-P با استفاده از دستگاه سایش پین روی دیسک انجام گرفت. نتایج نشان داد که با افزایش میزان فسفر، میکروسختی پوشش در اثر سخت­سازی محلول جامد افزایش یافت و این مساله برای پوشش­ها بعد از عملیات حرارتی نیز به دلیل تشکیل فازهای میانی قابل تعمیم بود. در ابتدا قبل از عملیات حرارتی با افزایش میزان فسفر تا مقدار 6/5 درصد وزنی رفتار سایشی پوشش­ها بهبود یافت اما با افزایش بیشتر میزان فسفر مقاومت به سایش کاهش یافت ولی پس از عملیات حرارتی رابطه­ی مستقیم بین مقاومت به سایش، با میزان فسفر پوشش مشاهده شد. همچنین بیشترین سختی و بهترین مقاومت به سایش مربوط به نمونه آمورف پس از عملیات حرارتی بود.

کلیدواژه‌ها


1. X. Xu and G. Zangari, Magnetic anisotropy and crystal structure of Co-P films synthesized by electrodeposition from alkaline electrolytes, Journal of applied physics, 99.8 (2006), 08M304.

2. I. Kosta, E. Vallés, E. Gómez, M.Sarret, and C. Müller, Nanocrystalline CoP coatings prepared by different electrodeposition techniques, Materials Letters, 65(2011) 2849-2851.

3. P. Choi, M. Da Silva, U. Klement, T. Al-Kassab, and R. Kirchheim, Thermal stability of electrodeposited nanocrystalline Co-1.1at.%P’, Acta Materials, 53 (2005) 4473–4481.

4. R. Tarozaite, Z. Sukackiene, A. Sudavicius, R. Juskenas, A. Selskis, A. Jagminiene, and E. Norkus, Application of glycine containing solutions for electroless deposition of Co-P and Co-W-P films and their behavior as barrier layers, Materials Chemistry and Physics, 117 (2009) 117-124.

5. D. P. Weston, P. H. Shipway, S. J. Harris, and M. K. Cheng, Friction and sliding wear behaviour of electrodeposited cobalt and cobalt-tungsten alloy coatings for replacement of electrodeposited chromium, Wear, 267 (2009) 934–943.

6. V. G. Shadrov, a. V. Boltushkin, and L. V. Nemtsevich, Structural characteristics, magnetic nonuniformity, and magnetic intercrystalline interaction in high-coercivity Co-W and Co-P coatings, Russian Metallurgy, 3 (2006) 271– 276.

7. M. da Silva, C. Wille, U. Klement, P. Choi, and T. Al-Kassab, Electrodeposited nanocrystalline Co-P alloys: Microstructural characterization and thermal stability, Material Science Engineering, 446(2007)31–39.

8.R. Katarzyna and P. S. Andrzej, Nanocrystalline cobalt-phosphorous alloy plating for replacement of hard chromium, 9th Youth Symposium on Experimental Solid Mechanics, 9(2010)112–115.

9. J. P. Sinnecker, M. Knobel, K. R. Pirota, J.

M. García, A. Asenjo, and M. Vázquez, Frequency dependence of the magnetoimpedance in amorphous CoP electrodeposited layers Frequency dependence of the magnetoimpedance in amorphous CoP electrodeposited layers, Journal of applied physics, 87(2000) 4825-4827.

10.S. S. Djokic, Electrodeposition of amorphous alloys based on the iron group of metals, Journal of the Electrochemical Society, 146(1999)1824-1828.

11.A. V. P.L. Cavallotti, M. Bestetti, S. Franz, Nano-electrodeposition for hard magnetic layers, Transactions of the IMF, 88(2010)28-34.

12.A. Inoue, Stabilization of metallic supercooled liquid and bulk amorphous alloys, Acta materialia, 48(2000)279-306.

13.O. N. Senkov and D. B. Miracle, Effect of the atomic size distribution on glass forming ability of amorphous metallic alloys, Materials Research Bulletin, 36(2001) 2183-2198.

14.M. A. Sheikholeslam, M. H. Enayati, and K. Raeissi, Characterization of nanocrystalline and amorphous cobalt-phosphorous electrodeposits, Materials Letters, 62(2008)3629–3631.

15.Y. Shacham-Diamand, Y. Sverdlov, and N. Petrov, Electroless Deposition of Thin-Film Cobalt-Tungsten-Phosphorus Layers Using Tungsten Phosphoric Acid  (H3[P (W3O10)4) for ULSI and MEMS Applications, Journal of the Electrochemical Society, 148 (2001) 162–167.

16. L. Wang, Y. Gao, T. Xu, and Q. Xue, A comparative study on the tribological behavior of nanocrystalline nickel and cobalt coatings correlated with grain size and phase structure, Materials Chemistry and Physics, 99 (2006) 96–103.

17. K. P. J. McCrea, G. Palumbo, F. Gonzalez, A. Roberson, Electrodeposited Metallic-Materials Comprising Cobalt on Ferrous-Alloy Substrates, American Electroplaters and Surface Finishers Society, 138 (2001) 138-145.

18. N. M. Alanazi, A. M. El-Sherik, S. H. Alamar, and S. Shen, Influence of residual stresses on corrosion and wear behavior of electrodeposited nanocrystalline cobalt-phosphorus coatings, Journal of the Electrochemical Society, 8 (2013) 10350–10358.

19. I. Gurrappa and L. Binder, Electrodeposition of nanostructured coatings and their characterization-a review, Science and Technology of Advanced Materials, 9 (2008).

20. L. P. Bicelli, B. Bozzini, C. Mele, and L. D’Urzo, A review of nanostructural aspects of metal electrodeposition, Journal of the Electrochemical Society, 3(2008) 356–408.

21. A. A. Karimpoor, K. T. Aust, and U. Erb, Charpy impact energy of nanocrystalline and polycrystalline cobalt, Scripta materialia, 56 (2007) 201–204.

22. F. Su, C. Liu, Q. Zuo, P. Huang, and M. Miao, A comparative study of electrodeposition techniques on the microstructure and property of nanocrystalline cobalt deposit, Materials Chemistry and Physics, 139(2013)663–673.

23. G. S., A. Moline and M. Yager, Industrial Implementation of Nanostructured Cobalt-Phosphorus Coatings at Enduro Industries LLC, Proc SUR/FIN 2011, (2011).

24. E. Edward Anand and S. Natarajan, Influence of carbon nanotube addition on sliding wear behaviour of pulse electrodeposited cobalt (Co)–phosphorus (P) coatings, Applied Physics, 120 (2015) 1653–1658.

25. I. Kosta, M. Sarret, and C. Müller, Structure, Microhardness and corrosion behaviour of nanostructured CoP coatings obtained by direct current and pulse plating, Electrochimica Acta, 114 (2013) 819–826.

26. مهیار زینلی راد ، سعیدرضا اله کرم ، سهیل مهدوی و محمدصالح جمشیدی، تاثیرات pH و عملیات حرارتی بر مورفولوژی ساختار و سختی پوشش­های Co-P حاصل از آبکاری الکتریکی با جریان مستقیم، علوم و مهندس سطح، 22(1393)53-63.

27. I. Kosta, A. Vicenzo, C. Müller, and M. Sarret, Mixed amorphous- nanocrystalline cobalt phosphorous by pulse plating, Surface Coatings Technology, 207(2012)443–449.

28. S. C. Tjong and H. Chen, Nanocrystalline materials and coatings, Materials Science and Engineering, 45(2004)1–88.

29. M. S. I. Kosta, A. Vicenzo, C. Müller, Mixed amorphous-nanocrystalline Cobalt Phosphorous by pulse plating, Surface Coating Technology, 207(2012)443-449.

30. P. Bera, H. Seenivasan, K. S. Rajam, and V. K. William Grips, Characterization of amorphous Co-P alloy coatings electrodeposited with pulse current using gluconate bath, Applied Surface Science, 258(2012)9544-9553.

31. A. Zmitrowicz, Wear patterns and laws of wear –a review alfred zmitrowicz, Journal of theoretical and applied mechanics, 44(2006)219–253.