نشریه علوم و مهندسی سطح

نشریه علوم و مهندسی سطح

طراحی و بررسی خواص ریزساختاری و مکانیکی پوشش نانوکامپوزیت مس/زیرکونیا به‌روش آبکاری الکتریکی پالس

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
دانشگاه زنجان
چکیده
در این مطالعه، پوشش نانوکامپوزیت Cu/ZrO2 با افزودن نانوذرات ZrO2، در زمینه مس خالص به روش آبکاری پالس برروی زیرلایه فولاد زنگ‌نزن پوشش‌دهی شد. تاثیر ورود نانوذرات ZrO2 در 2 درصد حجمی، بر مشخصه‌یابی ریز ساختاری و رفتار مکانیکی زمینه مس مورد بررسی قرار گرفته‌است. نتایج نشان داد کامپوزیت‌سازی مس با نانوذرات ZrO2 نرخ پوشش‌دهی و ضخامت پوشش را از 26 به 16 میکرومتر کاهش داده‌است. از طرفی افزودن این نانوذرات منجر به تغییر مورفولوژی از یک سطح صاف به ساختار با موفولوژی گره‎‌ای یا گل کلمی شده‌است که این امر زبری سطح را از حدود 7/3 به 7/11 نانومتر افزایش داده‌است. بدلیل جوانه زنی دانه‌های جدید و همچنین جلوگیری از رشد دانه‌های جوانه زده شده توسط فاز دوم در اثر افزودن نانوذرات ZrO2 اندازه دانه از 76 به 35 نانومتر کاهش یافت. به‌منظور بررسی خواص مکانیکی از تست میکروسختی و نانوسختی سنجی استفاده شده‌است. نتایج نشان داد نانوسختی و مدول یانگ برای نمونه کامپوزیت به‌ترتیب 41% و 29% افزایش یافت.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]. Doulakas, L.; Novy, K.; Stucki, S.; Comninellis, C. Recovery of Cu, Pb, Cd and Zn from Synthetic Mixture by Selective Electrodeposition in Chloride Solution. Electrochim. Acta 2000, 46, 349–356.
[2]        Bonou, L.; Eyraud, M.; Denoyel, R.; Massiani, Y. Influence of Additives on Cu Electrodeposition Mechanisms in Acid Solution: Direct Current Study Supported by Non-Electrochemical Measurements. Electrochim. Acta 2002, 47, 4139–4148.
[3]        Kongstein, O.E.; Haarberg, G.M.; Thonstad, J. Current Efficiency and Kinetics of Cobalt Electrodeposition in Acid Chloride Solutions. Part I: The Influence of Current Density, PH and Temperature. J. Appl. Electrochem. 2007, 37, 669–674.
[4]        Wu, W.; Liu, J.; Zhang, Y.; Wang, X.; Zhang, Y. The Influence of Current Density and Bath Temperature on Electrodeposition of Rhodium Film from Sulfate–Phosphate Aqueous Solutions. J. Appl. Electrochem. 2019, 49, 1043–1054.
[5] Khan, Z.A.; Pashaei, P.; Bajwa, R.; Nazir, M.H.; Cakmak, M. Fabrication and Characterisation of Electrodeposited and Magnetron Sputtered Thin Films. Int. J. Comput. Methods Exp. Meas. 2015, 3, 165–174.
[6] Liu, T.-C.; Liu, C.-M.; Hsiao, H.-Y.; Lu, J.-L.; Huang, Y.-S.; Chen, C. Fabrication and Characterization of (111)-Oriented and Nanotwinned Cu by DC Electrodeposition. Cryst. Growth Des. 2012, 12, 5012–5016.
[7] Pingale, A.D.; Owhal, A.; Belgamwar, S.U.; Rathore, J.S. Effect of Current on the Characteristics of CuNi-G Nanocomposite Coatings Developed by DC, PC and PRC Electrodeposition. Jom 2021, 73, 4299–4308.
[8] Karslioglu, R.; Akbulut, H. Comparison Microstructure and Sliding Wear Properties of Nickel–Cobalt/CNT Composite Coatings by DC, PC and PRC Current Electrodeposition. Appl. Surf. Sci. 2015, 353, 615–627.
[9] Reddy, R.M.; Praveen, B.M.; Chandrappa, K.G.; Nayana, K.O. Generation of Ni–Si3N4 Nanocomposites by DC, PC and PRC Electrodeposition Methods. Surf. Eng. 2016, 32, 501–507, doi:10.1080/02670844.2016.1148323.
[10] Sundaram, R.; Yamada, T.; Hata, K.; Sekiguchi, A. The Influence of Cu Electrodeposition Parameters on Fabricating Structurally Uniform CNT-Cu Composite Wires. Mater. Today Commun. 2017, 13, 119–125.
[11] Sajjadnejad, M.; Abadeh, H.K.; Omidvar, H.; Hosseinpour, S. Assessment of Tribological Behavior of Nickel-Nano Si3N4 Composite Coatings Fabricated by Pulsed Electroplating Process. Surf. Topogr. Metrol. Prop. 2020, 8, 25009.
[12] Alizadeh, M.; Safaei, H. Characterization of Ni-Cu Matrix, Al2O3 Reinforced Nano-Composite Coatings Prepared by Electrodeposition. Appl. Surf. Sci. 2018, 456, 195–203.
[13] Mirsaeed-Ghazi, S.M.; Allahkaram, S.R.; Molaei, A. Development and Investigation of Cu/SiC Nano-Composite Coatings via Various Parameters of DC Electrodeposition. Tribol. Int. 2019, 134, 221–231.
[14] Akhtar, K.; Hira, U.; Khalid, H.; Zubair, N. Uniform Fine Particles of ZrO2 as Reinforcement Filler in the Electrodeposited Cu-ZrO2 Nanocomposite Coating on Steel Substrate. J. Alloys Compd. 2019, 772, 15–24.
[15] Cao, J.; Yang, Q.; Zhou, L.; Chen, H.; Zhan, K.; Liu, J.; Ding, R.; You, S.; Zhao, B.; Ji, V. Microstructure, Properties and Synergetic Effect of Graphene Oxide-Functionalized Carbon Nanotubes Hybrid Reinforced Copper Matrix Composites Prepared by DC Electrodeposition. Carbon N. Y. 2023, 212, 118157.
[16] Jin, P.; Sun, C.; Zhang, Z.; Zhou, C.; Williams, T. Fabrication of the Ni-W-SiC Thin Film by Pulse Electrodeposition. Surf. Coatings Technol. 2020, 392, 125738, doi:10.1016/j.surfcoat.2020.125738.
[17] Borkar, T.; Harimkar, S.P. Effect of Electrodeposition Conditions and Reinforcement Content on Microstructure and Tribological Properties of Nickel Composite Coatings. Surf. coatings Technol. 2011, 205, 4124–4134.
[18] Melo, L.C.; de Lima-Neto, P.; Correia, A.N. The Influence of Citrate and Tartrate on the Electrodeposition and Surface Morphology of Cu–Ni Layers. J. Appl. Electrochem. 2011, 41, 415–422.
[19] Karslioglu, R.; Akbulut, H. Comparison Microstructure and Sliding Wear Properties of Nickel-Cobalt/CNT Composite Coatings by DC, PC and PRC Current Electrodeposition. Appl. Surf. Sci. 2015, 353, 615–627, doi:10.1016/j.apsusc.2015.06.161.
[20] Zhan, K.; Wang, W.; Li, F.; Cao, J.; Liu, J.; Yang, Z.; Wang, Z.; Zhao, B. Microstructure and Properties of Graphene Oxide Reinforced Copper-Matrix Composite Foils Fabricated by Ultrasonic Assisted Electrodeposition. Mater. Sci. Eng. A 2023, 872, 144995.
[21] Farag, S.; Konyashin, I.; Ries, B. The Influence of Grain Growth Inhibitors on the Microstructure and Properties of Submicron, Ultrafine and Nano-Structured Hardmetals–A Review. Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2018, 77, 12–30.
[22] Lokhande, A.C.; Shelke, A.; Babar, P.T.; Bagi, J.S.; Kim, J.H. Studies on Surface Treatment of Electrodeposited Ni–Zn Alloy Coatings Using Saccharin Additive. J. Solid State Electrochem. 2017, 21, 2725–2735.
[23] Guglielmi, N. 27-Journal of The Electrochemical Society Volume 119 Issue 8 1972 [Doi 10.1149_1.2404383] Guglielmi, N. -- Kinetics of the Deposition of Inert Particles from Electrolytic Baths.Pdf. 1971, 1501, 1009–1012.
[24] Ma, C.B.; Cao, F.H.; Zhang, Z.; Zhang, J.Q. Electrodeposition of Amorphous Ni-P Coatings onto Nd-Fe-B Permanent Magnet Substrates. Appl. Surf. Sci. 2006, 253, 2251–2256, doi:10.1016/j.apsusc.2006.04.037.
[25] Gyftou, P.; Pavlatou, E.A.; Spyrellis, N. Effect of Pulse Electrodeposition Parameters on the Properties of Ni/Nano-SiC Composites. Appl. Surf. Sci. 2008, 254, 5910–5916.