وارد کردن نانوذرات کاربید زیرکونیوم در ساختار پوشش الکترولس نیکل- فسفر و تاثیر آن بر روی مقاومت خوردگی و میکروسختی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه محقق اردبیلی، دانشکده علوم، گروه شیمی کاربردی، اردبیل- ایران

2 دانشگاه محقق اردبیلی، دانشکده فنی و مهندسی،گروه مهندسی شیمی، اردبیل- ایران

چکیده

 نانوذرات کاربید زیرکونیوم به روش سل-ژل/احیاء کربوترمال سنتز شده و با روش های میکروسکوپ الکترونی روبشی و پراش اشعه ایکس شناسایی شدند. سپس نانوذرات در غلظت 1/0 گرم بر لیتر به حمام آبکاری الکترولس  نیکل- فسفر اضافه شدند. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی نشان داد که اندازه دانه بندی پوشش بعد از اضافه کردن نانوذرات کاهش می یابد. تصاویر میکروسکوپی از برش عرضی نشان دادند که پوشش ها دارای ساختار ستونی بوده و همچنین ضخامت پوشش نانوکامپوزیتی بیشتر از پوشش معمولی می باشد. طیف‌سنجی پراش انرژی اشعه ایکس برای اثبات حضور نانوذرات در پوشش استفاده شد. همچنین توزیع یکنواخت نانوذرات در داخل پوشش با نقشه برداری عنصری اثبات شد. پیک­های نانوذرات کاربید زیرکونیوم در الگوی پراش اشعه ایکس پوشش نانوکامپوزیتی مشاهده نشد که علت آن پراکندگی زیاد نانوذرات در داخل ساختار پوشش می باشد. مطالعات اسپکتروسکوپی امپدانس الکتروشیمیایی در محیط نمک طعام با غلظت 5/3 درصد وزنی حاکی از افزایش محسوس مقاومت خوردگی پوشش الکترولس بعد از وارد شدن نانوذرات کاربید زیرکونیوم بود به نحوی که مقدار مقاومت پلاریزاسیون از حدود 04/27 به 08/43 کیلواهم در سانتیمتر مربع افزایش یافت. نتایج تستهای پلاریزاسیون پتانسیودینامیک در محیط مشابه نشان دهنده کاهش شدت جریان خوردگی پوشش از مقدار 70/1 به 87/0 میکروآمپرمتر بر سانتی متر مربع بعد از افزوده شدن نانوذرات بود. همچنین میکروسختی پوشش نانوکامپوزیتی بر حسب واحد ویکرز (حدودا" 720) خیلی بالاتر از میکروسختی پوشش معمولی (حدود 468) بود. در نهایت با تعیین علامت بار سطحی فلز و نانوذرات، نقش جاذبه الکتروستاتیک در به دام افتادن نانوذرات در پوشش اثبات شد.

کلیدواژه‌ها


1. M. Gholizadeh-Gheshlaghi, D. Seifzadeh, P. Shoghi and A. Habibi-Yangjeh, Electroless Ni-P/nano-WO3 coating and its mechanical and corrosion protection properties, Journal of Alloys and Compounds, 769 (2018) 149-160.

2. T. R. Tamilarasan, U. Sanjith, M. S. Shankar and G. Rajagopal, Effect of reduced graphene oxide (rGO) on corrosion and erosion-corrosion behaviour of electroless Ni-P coatings, Wear, 390-391 (2017) 385-391.

3. H. Luo, M. Leitch, H. Zeng and J. L. Luo, Characterization of microstructure and properties of electroless duplex Ni-W-P/Ni-P nano-ZrO2 composite coating, Materials Today Physics, 4 (2018) 36-42.

4. Z. Sharifalhoseini and M. H. Entezari, Enhancement of the corrosion protection of electroless Ni-P coating by deposition of sonosynthesized ZnO nanoparticles, Applied Surface Science, 351 (2015) 1060-1068.

5. A. Sadeghzadeh-Attar, G. AyubiKia and M. Ehteshamzadeh, Improvement in tribological behavior of novel sol-enhanced electroless Ni-P-SiO2 nanocomposite coatings, Surface and Coatings Technology, 307 (2016) 837-848.

6. X. Wu, J. Mao, Z. Zhang and Y. Che, Improving the properties of 211Z Al alloy by enhanced electroless Ni-P-TiO2 nanocomposite coatings with TiO2 sol, Surface and Coatings Technology, 270 (2015) 170-174.

7. H. Ashassi-Sorkhabi and M. Eshaghi, Corrosion resistance enhancement of electroless Ni-P coating by incorporation of ultrasonically dispersed diamond nanoparticles, Corrosion Science, 77 (2013)185-193.

8. M. Alishahi, S. M. Monirvaghefi, A. Saatchi and S. M. Hosseini, The effect of carbon nanotubes on the corrosion and tribological behavior of electroless Ni-P-CNT composite coating, Applied Surface Science, 258 (2012) 2439-2446.

9. J. N. Balaraju, V. Ezhil Selvi and K. S. Rajam, Electrochemical behavior of low phosphorus electroless Ni-P-Si3N4 composite coatings, Materials Chemistry and Physics, 120 (2010) 546-551.

10. Z. Abdel Hamid, S. A. El Badry and A. Abdel Aal, Electroless deposition and characterization of Ni-P-WC composite alloys, Surface and Coatings Technology, 201 (2007) 5948-5953.

11. S. Afroukhteh, C. Dehghanian and M. Emamy, Corrosion behavior of Ni-P/nano-TiC composite coating prepared in electroless baths containing different types of surfactant, Progress in Natural Science: Materials International, 22 (2012) 480-487.

12. H. L. Wang, L. Y. Liu, Y. Dou, W. Z. Zhang and W. F. Jiang, Preparation and corrosion resistance of electroless Ni-P/SiC functionally gradient coatings on AZ91D magnesium alloy, Applied Surface Science, 286 (2013) 319-327.

13. M. Dolle, D. Gosset, C. Bogicevic, F. Karolak, D. Simeone and G. Baldinozzi, Synthesis of nanosized zirconium carbide by a sol-gel route, Journal of the European Ceramic Society, 27 (2007) 2061-2067.‏

14. L. Combemale, Y. Leconte, X. Portier, N. Herlin-Boime and C. Reynaud, Synthesis of nanosized zirconium carbide by laser pyrolysis route, Journal of Alloys and Compounds, 483 (2009) 468-472.

15. G. Shen, D. Chen, Y. Liu, K. Tang and Y. Qian, Synthesis of ZrC hollow nanospheres at low temperature, Journal of Crystal Growth, 262 (2004) 277-280.

16. C. Ang, T. Williams, A. Seeber, H. Wang and Y. B. Cheng, Synthesis and evolution of zirconium carbide via sol-gel route: features of nanoparticle oxide-carbon reactions, Journal of the American Ceramic Society, 96 (2013) 1099-1106.

17. M. Islam, M. R. Azhar, Y. Khalid, R. Khan, H. S. Abdo, M. A. Dar, O. R. Oloyede and T. D. Burleigh, Electroless Ni-P/SiC nanocomposite coatings with small amounts of SiC nanoparticles for superior corrosion resistance and hardness, Journal of Materials Engineering and Performance, 24 (2015) 4835-4843.

18. J. K. Pancrecious, J. P. Deepa, V. Jayan, U. S. Bill, T. P. D. Rajan and B. C. Pai, Nanoceria induced grain refinement in electroless Ni-B-CeO2 composite coating for enhanced wear and corrosion resistance of aluminium alloy, Surface and Coatings Technology, 356 (2018) 29-37.

19. J. Hu, L. Fang, P. W. Zhong, A. Q. Tang, B. Yin and Y. Li, Preparation and properties of Ni-Co-P/nanosized Si3N4 electroless composite coatings, Surface and Interface Analysis, 44 (2012) 450-455.

20. A. Sadeghzadeh-Attar, G. Ayubi Kia and M. Ehteshamzadeh, Improvement in tribological behavior of novel sol-enhanced electroless Ni-P-SiO2 nanocomposite coatings, Surface and Coatings Technology, 307 (2016) 837-848.

21. T. Kasai, X. Y. Fu, D. A. Rigney and A. L. Zharin, Applications of a non-contacting Kelvin probe during sliding, Wear, 225 (1999)1186-1204.

22. F. Zhao, S. Franz, A. Vicenzo, P. L. Cavallotti, M. Sansotera and W. Navarrini, Electrodeposition of nanostructured columnar cobalt for self-lubricant coatings, Electrochimica Acta, 56 (2011) 9644-9651.

23. L. Quan, W. Li, L. Zhu, X. Chang and H. Liu, Fabrication of Cu 1.8 S/CuS nanoplates counter electrode via alternating current etching for quantum dots-sensitized solar cells, RSC Advances, 4 (2014) 32214-32220.

24. X. Shu, Y. Wang, C. Liu, A. Aljaafari and W. Gao, Double-layered Ni-P/Ni-P-ZrO2 electroless coatings on AZ31 magnesium alloy with improved corrosion resistance, Surface and Coatings Technology, 261 (2015) 161-166.

25. Y. Goto, K. Taniguchi, T. Omata, S. Otsuka-Yao-Matsuo, N. Ohashi, S. Ueda and K. Kobayashi, Formation of Ni3C nanocrystals by thermolysis of nickel acetylacetonate in oleylamine: characterization using hard X-ray photoelectron spectroscopy, Chemistry of Materials, 20 (2008) 4156-4160.

26. W. Chen, W. Gao and Y. He, A novel electroless plating of Ni-P-TiO2 nano-composite coatings, Surface and Coatings Technology, 204 (2010) 2493-2498.‏

27. K. D. Ralston and N. Birbilis, Effect of grain size on corrosion: A review, Corrosion, 66 (2010) 075005- 075005-13.

28. K. G. Keong, W. Sha, and S. Malinov, Crystallisation kinetics and phase transformation behaviour of electroless nickel-phosphorus deposits with high phosphorus content, Journal of Alloys and Compounds, 334 (2002) 192-199.

29. Z. Rajabalizadeh, D. Seifzadeh, Strontium phosphate conversion coating as an economical and environmentally-friendly pretreatment for electroless plating on AM60B magnesium alloy, Surface and Coatings Technology, 304 (2016) 450-458.

30. E. M. Fayyad, A. M. Abullah, M. K. Hassan, A. Mohamed, G. Jarjoura and Z. Farhat, Effect of electroless bath composition on the mechanical, chemical, and electrochemical properties of new NiP-C3N4 nanocomposite coatings, Surface and Coatings Technology, 362 (2019) 239-251.

31. S. Faraji, A. A. Rahim, N. Mohamed, C. S. Sipaut and B. Raja, Corrosion resistance of electroless Cu-P and Cu-P-SiC composite coatings in 3.5% NaCl, Arabian Journal of Chemistry, 6 (2013) 379-388.

32. M. Islam, M. R. Azhar, N. Fredj, T. D. Burleigh, O. R. Oloyede, A. Almajid and S. I. Shah, Influence of SiO2 nanoparticles on hardness and corrosion resistance of electroless Ni-P coatings, Surface and Coatings Technology, 261 (2015) 141-148.

33. K. Parker and H. Shah, The stress of electroless nickel deposits on beryllium, Journal of The Electrochemical Society, 117 (1970) 1091-1094.

34. R. Solmaz, Investigation of corrosion inhibition mechanism and stability of Vitamin B1 on mild steel in 0.5 M HCl solution, Corrosion Science, 81  (2014) 75-84.

35. C. Gao, L. Dai, W. Meng, Z. He and L. Wang, Electrochemically promoted electroless

nickel-phosphorous plating on titanium substrate, Applied Surface Science, 392 (2017) 912-919.‏

36. X. Jiang, R. Guo and S. Jiang, Evaluation of self-healing ability of Ce-V conversion ‎coating on AZ31 magnesium alloy, Journal of Magnesium and Alloys, 4 (2016) 504-516