بررسي رفتار مكانيكي پوشش كامپوزيتي نانوساختار زيركونيا- آلومينا اعمال شده بر روي سطح آلومينيوم 2024 با روش سل- ژل

Investigation of mechanical behaviors of zirconia-alumina nanocomposite coating applied on Al 2024 by sol- gel method

پوشش هاي نانوكامپوزيتي پايه سراميكي به دليل دارا بودن سختي و مقاومت به سايش بالا داراي كاربرد بسيار زيادي در بهبود رفتار سايشي آلومينيوم و آلياژهاي آن دارد. دراين تحقيق پوشش نانوكامپوزيتي زيركونيا – آلومينا توسط فرآيند سل- ژل و روش غوطه وري همراه با استفاده از پيش ماده هاي آلكوكسيدي زيركونيوم پروپوكسايد و آلومينيوم تري سك بوتيلات برروي سطح آلومنيوم 2024 اعمال گرديده است. سپس خواص فازي، ساختاري ومورفولوژي پوشش به ترتيب با استفاده ازGIXRD، FTIR، FESEM، AFM مورد بررسي قرارگرفته است. همچنين خواص نانو مكانيكي پوشش بوسيله روش هاي نانودندانه گذاري و نانو خراش در بارهاي 50 و 60 ميلي نيوتن ارزيابي شده است. نتايج بيانگر تشكيل پوشش همگن، يكنواخت و كم ترك همراه با ضخامت تقريبا 800 نانومتر است. حضور آلومينا با بهبود خواص مكانيكي همانند سختي و مدول الاستيك به مقدار 1/15 و 15 گيگاپاسكال منجر به بهبود رفتار سايشي با ضريب اصطكاك 0/51 و حاكم شدن مكانيزم سايش خراشان همراه با مكانيزم برشي گرديده است.

Nanocomposite ceramic-based coatings، due to its high hardness and wear resistance، are improved wear behavior of aluminum and its alloys. In this study، zirconia nanocomposite coating applied on Al 2024 by using sol-gel method and dip coating process with the use of zirconium propoxide and aluminum tri-sec butylate. Then phase، structural and morphology properties of coatings evaluated by using GIXRD، FTIR، FESEM، AFM، as well as nano-mechanical properties of coatings were investigated by using nano-scratch and nano-indentation at two different loads، such as 50 and 60 mN. Results indicated that the formation of a homogeneous، smooth and low cracked ziconia-alumina nanocomposite coating with a thickness of approximately 800 nm. The presence of alumina cause to enhance the mechanical properties such as hardness and elastic modulus to 1.15 and 15 GPa، respectively، resulting in improve the wear behavior of coating with the friction coefficient of 0.51 and dominate the abrasive with shear mechanism.