مشاركت تيتانيوم در پوشش هاي PEO روي آلياژ آلومينيوم 7075 و ارزيابي اثر آن بر ساختار و خواص پوشش

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مواد

دكتري

اكسيداسيون الكتروليتي پلاسمايي (PEO) به عنوان يك روش اصلاح سطح براي پوشش¬دهي آلياژهاي سبك از جمله آلومينيوم، منيزيم و تيتانيوم استفاده مي¬شود. اين فرايند در ولتاژي بيشتر از ولتاژ شكست دي الكتريك لايه اكسيدي صورت مي¬گيرد و همراه با تخليه¬هاي الكتريكي است كه منجر به تشكيل پوشش سراميكي متخلخل متشكل از اكسيد عناصر زيرلايه واكسيد گونه¬هاي موجود در الكتروليت پوشش¬دهي مي¬شود. با توجه به اينكه تخلخل يكي از چالش¬هاي اساسي پوشش¬هاي PEO است و همچنين تيتانيا در فرايند¬هاي مختلف تهيه آلومينا نقش كاهش تخلخل و افزايش مقاومت سدي را داشته است، هدف از اين پژوهش، بررسي نقش حضور افزودني پايه تيتانيوم در الكتروليت پوشش¬دهي در فرايند PEO و مشخصات پوشش¬هاي حاصل است. در اين راستا، ابتدا تحت شكل موج تك قطبي و شرايط چگالي جريان متوسط ثابت، نقش اجزاء داخل الكتروليت شامل سيليكات، هيدروكسيد و پتاسيم تايتانيل اگزالات (نمك پايه تيتانيوم) بررسي شد. مشاركت تيتانيوم در آلومينا باعث كاهش تخلخل¬هاي سطحي، افزايش ضخامت داخلي و متراكم شدن لايه بيروني پوشش حاصل شد. آزمون طيف¬سنجي رامان بيانگر مشاركت تيتانيوم به صورت آناتاز و روتايل دوپ شده در آلومينا بود. بررسي رفتار الكتروشيميايي پوشش نشان داد كه اكسيد تيتانيوم سبب افزايش چشمگير مقاومت سدي پوشش از MΩ cm23/0 به MΩ cm2 10 شد كه به افزايش ضخامت و تراكم لايه داخلي پوشش نسبت داده شد. با ثابت نگه داشتن غلظت پتاسيم تايتانيل اگزالات، نقش سيليكات و هيدروكسيد در فرايند PEO و پوشش¬هاي تهيه شده نيز بررسي شد. افزودن سيليكات به ميزان g L-1 3 و هيدوركسيد به ميزان g L-1 2 باعث افزايش ضخامت پوشش به ويژه ضخامت لايه بيروني شد. ولي با افزودن مقادير بيشتر سيليكات و پتاسيم هيدروكسيد، ترك و تخلخل¬هاي زيادي در لايه هاي بيروني و داخلي پوشش ايجاد شد. نقشه توزيع عنصري نشان داد كه در محلول¬هاي غليظ¬تر پوشش¬دهي، سيليكات كه عمدتا در سطح پوشش و ديواره عيوب مشاركت مي¬كند، در قسمت¬هاي داخلي¬تر پوشش نيز مشاركت كرده است. آزمون طيف¬سنجي امپدانس الكتروشيميايي نشان داد كه مشاركت تيتانيوم و سيليكات، به ويژه سيليكات، در لايه داخلي پوشش سبب بروز رفتار اتلاف دي الكتريك و كاهش مقاومت سدي پوشش شد. در ادامه نقش افزودني پتاسيم تايتانيل اگزالات در شكل موج¬هاي دو قطبي بررسي شد. به اين منظور پوشش¬هاي PEO در حضور افزودني نانوذرات آناتاز و پتاسيم تايتانيل اگزالات تحت شكل موج دو قطبي تهيه شدند. نانو ذرات آناتاز با مشاركت خنثي وارد پوشش شدند و سبب كاهش ضخامت لايه داخلي پوشش شدند. اما پتاسيم تايتانيل اگزلات ضمن افزايش ضخامت لايه داخلي پوشش، منجر به دوپ شدن تيتانيا در پوشش شد و همچنين ساختار آمورفي تيتانيوم اكسيد در سطح آلومينا تشكيل شد. آزمون¬هاي نانو سختي و گلوله روي ديسك نشان داد كه لايه¬هاي اكسيدي رشد يافته در حضور پتاسيم تايتانيل اگزالات سختي و همچنين ظرفيت بارپذيري بيشتري دارند. در نهايت، پوشش¬هاي آلومينا-تيتانيا تحت شكل موج¬هاي دو قطبي با پارامترهاي پالس كاتدي مختلف تهيه شد و رفتار الكتروشيمياي پوشش¬ها به صورت بلند مدت مورد بررسي قرار گرفت. در چگالي جريان كاتدي بيشتر از A dm-2 6 و چرخه كاري كاتدي 40% نرخ رشد پوشش به طور چشمگير افزايش يافت. بررسي رفتار الكتروشيميايي پوشش¬ها با آزمون طيف سنجي امپدانس الكتروشيميايي نشان داد كه پوشش¬هاي آلومينا-تيتانيا ضخيم حاصل، خاصيت خود ترميم-شوندگي موثر در طول غوطه¬وري در محلول خورنده دارند، به طوري كه بعد از حدود هشت ماه همچنان خاصيت حفاظت خوردگي از زيرلايه در برابر تماس با محلول خورنده را حفظ كردند.

214153

مواد

مهندسي مواد

دانشگاه صنعتي اصفهان

توماس لمپك، مونيكا سانتا ماريا

علي اشرفي، مسعود عطاپور، مريم احتشام زاده

كيوان رئيسي، فخرالدين اشرفي زاده