بهینه سازی رفتار سایشی پوشش کامپوزیتی نیکل- نقره توسط مدل تاگوچی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی اصفهان

چکیده

پوشش‌های کامپوزیتی با زمینه نیکل رسوب‌دهی شده به روش آبکاری الکتریکی دارای مقاومت خوبی در برابر سایش هستند. در این پژوهش با افزودن ذرات تقویت کننده نقره و بهینه‌سازی شرایط پوشش‌دهی به مطالعه خواص سایشی، سختی و زبری پوشش کامپوزیتی نیکل- نقره پرداخته شد. به این منظور از تکنیک طراحی آزمایش تاگوچی جهت بهینه سازی پارامترهای موثر بر فرایند با چهار پارامتر (میزان ذرات نقره، دانسیته جریان، زمان و نوع افزودنی) و سه سطح استفاده شد. بنابراین با تهیه 9 نمونه آزمایشگاهی، مورفولوژی و ساختار پوشش‌ها به کمک میکروسکوپ الکترونی روبشی و پراش پرتو ایکس بررسی شد. مطالعه مقاومت سایشی پوشش‌ها نیز با استفاده از آزمون سایش پین بر دیسک انجام شد و سطوح سایش نمونه‌ها به کمک تصاویر میکروسکوپی الکترونی روبشی و آنالیز طیف نگار تفکیک انرژی بررسی شدند. مشخص شد حالت بهینه پوشش‌دهی به کمک نمودارهای سیگنال به نویز برای دستیابی به کمترین میزان سایش در غلظت نقره mg/L 50، دانسیته جریان A/dm2 4، زمان آبکاری 2 ساعت و افزودنی نوع تریتون X100 بدست می­آید. آنالیز واریانس(ANOVA) داده‌ها نشان داد که به ترتیب دانسیته جریان و غلظت ذرات نقره مهمترین پارامترهای تأثیرگذار در مقاومت به سایش پوشش‌ها می‌باشند. در مرحله بعد، فرایند به کمک شبکه عصبی مدل‌سازی شد تا منحنی رویه مورد نظر برای پارامترها و خروجی‌ها رسم شود. نتایج حاکی از آن بود که افزایش غلظت نقره و دانسیته جریان منجر به کاهش نرخ سایش نمونه‌ها می‌شود.

کلیدواژه‌ها


1. Z. Song, Z. Xie, L. Ding and Y. Zhang, Corrosion resistance of super-hydrophobic Coating on AZ31B Mg Alloy, Int. J. Electrochem. Sci., 13 (2018) 6190-6200.‏

2. Y. E. Sknar, O. O. Savchuk and I. V. Sknar, Characteristics of electrodeposition of Ni and Ni-P alloys from methanesulfonate electrolyte, Applied Surface Science, 423 (2017) 340-348.‏

3. G. F. Huang, W. Q. Huang, L. L. Wang and B. Zou, Effects of complexing agents on the corrosion resistance of electroless Ni-Fe-P alloys, Int. J. Electrochem. Sci., 2 (2007) 321-328.‏

4. R. Offoiach, M. Lekka, A. Lanzutti, C. de Leitenburg and L. Fedrizzi, Production and microstructural characterization of Ni matrix composite electrodeposits containing either micro-or nano-particles of Al, Surface and Coatings Technology, 309 (2017) 242-248.‏

5. S. Arai, A. Fujimori, M. Murai and M. Endo, Excellent solid lubrication of electrodeposited nickel-multiwalled carbon nanotube composite films, Materials letters, 62 (2008) 3545–3548.

6. H. Gul, F. Kiliç, M. Uysal, S. Aslan, A. Alp and H. Akbulut, Effect of particle concentration on the structure and tribological properties of submicron particle SiC reinforced Ni metal matrix composite (MMC) coatings produced by electrodeposition, Applied Surface Science, 258 (2012) 4260–4267.

7. M. R. Vaezi, S. K. Sadrnezhaad and L. Nikzad, Electrodeposition of Ni – SiC nano-composite coatings and evaluation of wear and corrosion resistance and electroplating characteristics, Colloids and surfaces A, 315 (2008) 176–182.

8. P. Gyftou, M. Stroumbouli, E. A. Pavlatou, P. Asimidis and N. Spyrellis, Tribological study of Ni matrix composite coatings containing nano and micro SiC particle, Electrochimica Acta, 50 (2005) 4544-4550.‏

9. H. Gul, F. Kilıc, S. Aslan, A. Alp and H. Akbulut, Characteristics of electro-co-deposited Ni–Al2O3 nano-particle reinforced metal matrix composite (MMC) coatings, Wear, 267 (2009) 976-990.

 

10. M. Alizadeh, M. Mirak, E. Salahinejad, M. Ghaffari, R. Amini and A. Roosta, Structural characterization of electro-codeposited Ni–Al2O3–SiC nanocomposite coatings, Alloy Compd, 611 (2014) 161-166.‏

11. A. Rouhollahi, O. Fazlolahzadeh, A. Dolati and F. Ghahramanifard, Effects of different surfactants on the silica content and characterization of Ni–SiO2 nanocomposites, J Nanostruct, 12 (2018) 1-14.‏

12. B. G. An, L. Li and H. X. Li, Electrodeposition in the Ni-plating bath containing multi-walled carbon nanotubes, Mater Chem Phys, 110 (2008) 481-485.‏

13. E. S. Guler, E. Konca, and I. Karakaya, Effect of electrodeposition parameters on the current density of hydrogen evolution reaction in Ni and Ni-MoS2 composite coatings, Int. J. Electrochem. Sci, 8 (2013) 5496-5505.‏

14. S. Alirezaei, S. M. Monirvaghefi, M. Urgen, A. Saatchi and K. Kazmanli, Novel investigation on nanostructure Ni–P–Ag composite coatings, Appl Surf Sci, 261 (2012) 155-158.‏

15. S. Alirezaei, S. M. Monirvaghefi, A. Saatchi, M. Urgen and K. Kazmanlı, Novel investigation on tribological properties of Ni–P–Ag–Al2O3 hybrid nanocomposite coatings, Tribol Int, 62 (2013) 110–116.

16. M. P. Kumar and C. Srivastava, Morphological and electrochemical characterization of electrodeposited Zn–Ag nanoparticle composite coating, Mater Charact, 85 (2013) 82-91.‏

17. M. Schlesinger, M. Paunovic, Modern Electroplating, Fifth edition, 2010.

18. G. Banfalvi, Permeability of Biological Membranes, First edition, 2016.

19. D.C. Montgomery, Design and analysis of experiments, Sixth edition, 2012.

20. P. Sahoo, Wear behaviour of electroless Ni–P coatings and optimization of process parameters using Taguchi method, Mater Dsgn, 30 (2009) 1341-1349.‏

21. X. Yuan, D. Sun, H. Yu, H. Meng, Z. Fan and X. Wang, Preparation of amorphous-nanocrystalline composite structured Ni–P electrodeposits, Surf Coat Tech, 202 (2007) 294-300.‏

22. J. L. Rosa, A. Robin, M. B. Silva, C. A. Baldan and M. P. Peres, Electrodeposition of copper on titanium wires: Taguchi experimental design approach, J Mater Process Tech, 209 (2009) 1181-1188.‏

23. A. M. Khorasani, M. Faraji and A. Kootsookos, CVD and PVD coating process modelling by using artificial neural networks, Artif Intel Res, 1 (2012) 41-46.‏

24. Z. Ren, N. Meng, K. Shehzad, Y. Xu, S. Qu, B. Yu and J. K. Luo, Mechanical properties of nickel-graphene composites synthesized by electrochemical deposition, Nanotechnology, 26 (2015) 65-69.‏

25. Y. D. Gamburg, G. Zangari, Theory and Practice of Metal Electrodeposition, Springer Sci, 2011.

26. S. Pathak, M. Guinard, M. G. Vernooij, B. Cousin and L. Philippe, Influence of lower current densities on the residual stress and structure of thick nickel electrodeposits, Surf Coat Tech, 205 (2011) 3651-3657.‏

27. W. Chen and W. Gao, Sol-enhanced electroplating of nanostructured Ni–TiO2 composite coatings—The effects of sol concentration on the mechanical and corrosion properties, Electrochim Acta, 55 (2010) 6865-6871.‏

28. S. Vallar, D. Houivet, J. El Fallah, D. Kervadec and J. M. Haussonne, Oxide slurries stability and powders dispersion: optimization with zeta potential and rheological measurements, Eur Ceram Soc, 19 (1999) 1017-1021.‏

29. N. S. Qu, D. Zhu, k. C. Chan  and W. N. Lei, W. N. (2003), Pulse electrodeposition of nanocrystalline nickel using ultra narrow pulse width and high peak current density, Surf Coat Tech, 168 (2003) 123-128.‏

30.  ش. علیرضایی و ف. طباطبایی، ارز یابی و مقایسه رفتار تریبوخوردگی پوشش‌های الکترولس Ni-P و Ni-B، علوم و مهندسی سطح، 32 (1396) 87-81.

31. K. H. Hou, M. C. Jeng and M. D. Ger, A study on the wear resistance characteristics of pulse electroforming Ni–P alloy coatings as plated, Wear, 262 (2007) 833-844.‏

32. K. H. Hou, M. D. Ger, L. M. Wang and S. T. Ke, The wear behaviour of electro-codeposited Ni–SiC composites, Wear, 253 (2002) 994-1003.‏

33. J. Sharma, B. S. Sidhu and R. Gupta, Determination of the optimum conditions for salt bath ferritic Nitrocarburizing process of AISI 1018 Steel using ANOVA method, JoTCSTA, 5 (2018) 1-7.‏