بررسی خواص سطحی پوشش های الکترولس تک لایه و هیبریدی نیکل- فسفر/ نیکل- بور روی فولاد زنگ نزن مارتنزیتی با هدف بهینه سازی خواص تریبولوژیکی

در پژوهش حاضر خواص سطحی انواع پوشش های الکترولس تک لایه و هیبریدی نیکل- فسفر/ نیکل- بور با هدف بهینه سازی خواص تریبولوژیکی آن¬ها مورد بررسی قرار گرفت. به منظور ایجاد پوشش از زیرلایه هایی از جنس فولاد زنگ نزن مارتنزیتی گروه 410 که از جمله فولادهای پرمصرف در صنایع نیروگاهی و نفت هستند، استفاده گردید. جهت ایجاد پوشش های تک لایه نیکل- فسفر که شامل پوشش های کم فسفر، فسفر متوسط و فسفر بالا هستند از حمام اسیدی استفاده شد و با تغییر ph حمام در محدوده 4/3 تا 6/9 پوشش های ذکر شده با ضخامت حدود 30 میکرومتر روی زیرلایه اعمال گردیدند. همچنین جهت ایجاد پوشش تک لایه نیکل- بور از حمام بازی با ph حدود 13 استفاده شد و این پوشش نیز با ضخامت حدود 30 میکرومتر روی زیرلایه ایجاد گردید. به منظور ایجاد پوشش های هیبریدی، ابتدا زیرلایه هایی که فرایند آماده سازی سطحی روی آن ها انجام گرفته است، داخل حمام الکترولس نیکل- فسفر شدند و بعد از رسیدن به ضخامت تقریبی 20 میکرومتر داخل حمام استریک نیکل جهت بهبود چسبندگی پوشش نیکل- بور به لایه میانی گردیدند و در انتها داخل حمام الکترولس نیکل- بور تا رسیدن به ضخامت تقریبی 10 میکرومتر شدند. عملیات حرارتی در دمای 400?c به مدت 1 ساعت روی تمامی پوشش ها نیز انجام پذیرفت تا خواص تریبولوژیکی پوشش ها در حالت های خام و عملیات حرارتی شده مورد بررسی و مقایسه قرار گیرد. خواص سطحی مورد بررسی شامل مورفولوژی، زبری، سختی، سایش و ضریب اصطکاک پوشش ها می باشد که در طی آن از تجهیزات میکروسکوپ الکترونی روبشی، دستگاه پراش پرتو ایکس، میکروسکوپ نوری، سختی سنج ویکرز، زبری سنج و دستگاه آزمون سایش پین روی دیسک استفاده گردید. نتایج ارزیابی مورفولوژی پوشش های نیکل- فسفر نشان داد که پوشش با درصد فسفر بالا دارای مورفولوژی کوچکتر و زبری کمتری در مقایسه با پوشش های با درصد فسفر متوسط و پایین است. همچنین نتایج، دربرگیرنده شباهت مورفولوژی پوشش نیکل- بور با پوشش های نیکل- فسفر است اما پوشش نیکل- بور به دلیل نرخ رسوب دهی بالا تخلخل و زبری نسبتا بیشتری دارا می باشد. عملیات حرارتی روی پوشش های الکترولس نیکل- فسفر و نیکل- بور منجر به افزایش سختی و مقاومت به سایش پوشش و کاهش ضریب اصطکاک شد. به طوری که پوشش فسفر بالا عملیات حرارتی شده بالاترین سختی (حدود 1010 ویکرز) و مقاومت به سایش و کمترین ضریب اصطکاک (حدود 0/44) را از میان پوشش های تک لایه نیکل- فسفر در شرایط خام و عملیات حرارتی شده به دست آورد. در رابطه با پوشش های تک لایه نیکل- بور نیز پوشش بور عملیات حرارتی شده بالاترین سختی (حدود 1130 ویکرز) و مقاومت به سایش و کمترین ضریب اصطکاک (حدود 0/4) را از میان پوشش های تک لایه نیکل- بور در شرایط خام و عملیات حرارتی شده به دست آورد. نتایج مورفولوژی پوشش های هیبریدی نیز نشان داد پوشش هیبریدی نیکل- فسفر بالا/ نیکل- بور دارای مورفولوژی ریزتر و زبری کمتری در مقایسه با پوشش هیبریدی نیکل- فسفر متوسط/ نیکل- بور و پوشش هیبریدی نیکل- فسفر پایین/ نیکل- بور است. همچنین پوشش نیکل- فسفر پایین/ نیکل- بور با وجود شیب سختی کمتر نسبت به سایر پوشش های هیبریدی از سختی و مقاومت به سایش کمتری برخوردار است. از میان پوشش های الکترولس هیبریدی در شرایط خام و عملیات حرارتی شده، پوشش الکترولس نیکل- فسفر بالا/ نیکل- بور بالاترین سختی (حدود 1320 ویکرز) و مقاومت به سایش و کمترین ضریب اصطکاک (حدود 0/37) را به دست آورد. نتایج کاهش وزن پوشش الکترولس نیکل- فسفر بالا/ نیکل- بور عملیات حرارتی شده به عنوان بهترین پوشش هیبریدی نشان از بهبود حدود 85 درصدی مقاومت به سایش آن در مقایسه با پوشش الکترولس نیکل- بور عملیات حرارتی شده به عنوان بهترین پوشش تک لایه دارد. بنابراین پوشش الکترولس نیکل- فسفر بالا/ نیکل- بور به عنوان بهترین پوشش از نظر خواص تریبولوژیکی از میان پوشش های تک لایه و هیبریدی انتخاب گردید.