بررسي اثر ضخامت و چندلايه اي بودن پوشش بررفتار فوتوكاتاليستي پوشش هاي نانوساختار تيتانياييبر فولاد زنگ نزن L304

Effect of Thickness and Multilayer Characteristic on the Photocatalytic Properties of the Multilayer Nano-Structured Titania Coatings on 304L Stainless Steel

دراين تحقيق سعي برآن است كه با ايجاد پوشش چندلايه نانوساختار تيتانيايي به روش سل ژل- غوطه وري درسطح فولاد زنگ نزن L304، اثر ضخامت و چندلايه بودن بر رفتار فوتوكاتاليستي اين پوشش ها بررسي شود.در فرايند پوشش دهي،از يك سل پليمري برپايه تيتانيوم تترا ايزوپروپكسايد همراه با افزودني دي اتانول آمين استفاده شد و با تكرار فرايند غوطه وري،به دو روش مختلف تكبارپخت و چندبارپخت، نمونه هاي پوشش 1تا5 لايه تهيه شدند. نمونه ها با استفاده از آناليزهايDTA/TG، پراش اشعه ايكس، ميكروسكوپ هاي SEM و AFM، آزمون زبري سطح و آزمون تخريب فوتوكاتاليستي مورد بررسي قرارگرفتند.نتايج,SEM,XRDAFMهمگي نشان دهنده ابعاد نانومتري ذرات تشكيل دهنده پوشش ها بودند. در بررسي مقطع عرضي پوشش ها توسط SEMنيز آثارگسستگي و ناپيوستگي بين لايه ها مشاهده نشد.نتايج XRD و DTA/TGنشان دهنده تشكيل شدن فاز آناتاز از فاز آمورف در دماي حدود °C350 وتشكيل جوانه هاي فاز روتايل از فاز آناتاز در حدود °C500 و حذف كامل آناتاز در دماي °C700 است. دماي بهينه براي عمليات حرارتي، °C450 بدست آمدكه نتايج آزمون فوتوكاتاليستي مويد آن بود. نتايج بدست آمده، نشان دهنده تاثير تعداد لايه ها و ضخامت پوشش بر خواص فوتوكاتاليستيآن بود. از لحاظ خواص فوتوكاتاليستي، ضخامت بهينه براي پوشش تيتانيايي nm 198 مربوط به نمونه 3 لايه 3 بار پخت بدست آمد. متوسط زبري(Ra) سطح در نمونه هاي پوشش چندلايه چند بار پخت با افزايش تعداد لايه ها ازmµ107/0در نمونه تك لايه به mµ0147/0 در نمونه پنج لايه كاهش يافت.

This research is intended to cover the creation of multilayer nanostructured titania coating on 304L stainless steel by sol-gel dip-coating method to study the effect of thickness and multilayer characteristic on the photocatalytic properties of this coating. A stable polimeric sol based on Titanium Tetraisopropoxide with diethanolamine as additive was used in the coating process and by repeated immersion process, coating samples with 1 to 5 layers were prepared using two methods, one stage heat treatment and multistage heat treatment. To investigate the properties of samples, following analysis methods are used; TG, DTA, XRD, SEM, AFM, surface roughness test and photocatalytic tests under UV and VIS irradiation. Analysis results of XRD, SEM and AFM showed nanometric scale of TiO2 particles in the coating samples. No evidence of discontinuity has been detected during cross section area examination of multi-layer coatings using SEM. The analysis results of DTA, TG and XRD showed the formation of crystalline anatase phase from the amorphous phase at temperatures around 350°C, then anatase to rutile phase transformation begins at 500°C, and finally completes at 700°C. The optimal temperature for heat treatment was determined as 450°C which is also confirmed by the results of photocatalytic tests. The effect of thickness and layer numerity on the photocatalystic propeties of cotings is one of the discovered results in this research. From the point of photocatalytic properties, the optimum thickness of titania coating was determined around 198nm, which belonged to 3-layers coating with three stage heat treatment. The average surface roughness (Ra) in multilayer coating samples with multistage heat treatment has been decreased from 0.107 µm in one layer sample to 0.0147 µm in five layer sample, when layer numbers increased.