وارد كردن نانوذرات كاربيد زيركونيوم در ساختار پوشش الكترولس نيكل- فسفر و تاثير آن بر روي مقاومت خوردگي و ميكروسختي

Incorporation of the Zrc Nanoparticles into the Electroless Ni-P Coating and its Effect on the Corrosion Resistance and Micro-Hardness

نانوذرات كاربيد زيركونيوم به روش سل-ژل/احياء كربوترمال سنتز شده و با روش هاي ميكروسكوپ الكتروني روبشي و پراش اشعه ايكس شناسايي شدند. سپس نانوذرات در غلظت 0/1 گرم بر ليتر به حمام آبكاري الكترولس نيكل- فسفر اضافه شدند. تصاوير ميكروسكوپ الكتروني روبشي نشان داد كه اندازه دانه بندي پوشش بعد از اضافه كردن نانوذرات كاهش مي يابد. تصاوير ميكروسكوپي از برش عرضي نشان دادند كه پوشش ها داراي ساختار ستوني بوده و همچنين ضخامت پوشش نانوكامپوزيتي بيشتر از پوشش معمولي مي باشد. طيف‌سنجي پراش انرژي اشعه ايكس براي اثبات حضور نانوذرات در پوشش استفاده شد. همچنين توزيع يكنواخت نانوذرات در داخل پوشش با نقشه برداري عنصري اثبات شد. پيك­هاي نانوذرات كاربيد زيركونيوم در الگوي پراش اشعه ايكس پوشش نانوكامپوزيتي مشاهده نشد كه علت آن پراكندگي زياد نانوذرات در داخل ساختار پوشش مي باشد. مطالعات اسپكتروسكوپي امپدانس الكتروشيميايي در محيط نمك طعام با غلظت 3/5 درصد وزني حاكي از افزايش محسوس مقاومت خوردگي پوشش الكترولس بعد از وارد شدن نانوذرات كاربيد زيركونيوم بود به نحوي كه مقدار مقاومت پلاريزاسيون از حدود 27/04 به 43/08 كيلواهم در سانتيمتر مربع افزايش يافت. نتايج تستهاي پلاريزاسيون پتانسيوديناميك در محيط مشابه نشان دهنده كاهش شدت جريان خوردگي پوشش از مقدار 1/70 به 0/87 ميكروآمپرمتر بر سانتي متر مربع بعد از افزوده شدن نانوذرات بود. همچنين ميكروسختي پوشش نانوكامپوزيتي بر حسب واحد ويكرز (حدودا" 720) خيلي بالاتر از ميكروسختي پوشش معمولي (حدود 468) بود. در نهايت با تعيين علامت بار سطحي فلز و نانوذرات، نقش جاذبه الكتروستاتيك در به دام افتادن نانوذرات در پوشش اثبات شد.

The ZrC nanoparticles were synthesized by the sol-gel/carbothermal reduction method and then were characterized by Scanning Electron Microscopy (SEM) and X-Ray Diffraction (XRD). Afterward, the nanoparticles were loaded into the electroless Ni-P plating bath at concentration of 0.1 g. L-1. The SEM images showed that the nanoparticle incorporation causes to the decreasing of the coating nodule size. The cross-sectional SEM images showed the columnar structure of the coatings. Also, the nanocomposite coating showed higher thickness than the normal Ni-P coating. Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS) was used to confirm the incorporation of the nanoparticles into the coating. Also, the uniform distribution of the incorporated nanoparticles was confirmed by the EDS-mapping. The peaks corresponding to the ZrC nanoparticles were not seen in the XRD pattern of the nanocomposite due to high dispersion level of the nanoparticles in the coating. Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) studies in 3.5 wt. % NaCl solution showed that the corrosion resistance of the electroless coating significantly improves by incorporating the ZrC nanoparticle so that the polarization resistance was increased from about 27.04 to 43.08 kΩ. cm2. The results of the potentiodynamic polarization tests at the same corrosive media showed that the corrosion current density value was decreased from about 1.70 to 0.87 μA. cm-2 after incorporation of the nanoparticles. Also, the Vickers micro-hardness of the nanocomposite coating was measured to be around 720 which was much higher than that of the normal electroless coating (468). Finally, the role of the electrostatic attraction in trapping of the ZrC nanoparticles into the matrix of the electroless coating was revealed by determination of charge type of the nanoparticles and alloy surface.