دانلود پروژه: تاثیر اصلاح کننده بر خواص ترشوندگی پوشش­های رسوب الکتریکی نیکل با ساختار سلسله مراتبی میکرو– نانو  

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                                                     صفحه

فهرست مطالب……………………………………………………………………………………………………………………………………………… هشت

چکیده………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 1

فصل اول: مقدمه

فصل دوم: مروری بر منابع

2-1 معرفی و تاریخچه…………………………………………………………………………………………………………………………………… 4

2-2 ترشوندگی سطوح جامد و اهمیت آن………………………………………………………………………………………………………… 5

2-3 پارامترهای آبگریزی……………………………………………………………………………………………………………………………….. 6

2-3-1 زاویه تماس ظاهری……………………………………………………………………………………………………………………….. 6

2-3-2 پسماند زاویه تماس……………………………………………………………………………………………………………………….. 7

2-3-3 زاویه لغزش…………………………………………………………………………………………………………………………………. 7

2-4 مدل‌های ترشوندگی……………………………………………………………………………………………………………………………….. 8

2-4-1 مدل یانگ…………………………………………………………………………………………………………………………………… 8

2-4-2 مدل ونزل……………………………………………………………………………………………………………………………………. 8

2-4-3 مدل کاسی باکستر………………………………………………………………………………………………………………………… 9

2-4-4 حالت شبه پایدار کاسی……………………………………………………………………………………………………………….. 10

2-4-5 انتقال بین حالت ونزل و کاسی………………………………………………………………………………………………………. 10

2-5 سطوح فوق آبگریز مصنوعی………………………………………………………………………………………………………………….. 10

2-6 روش­های تهیه سطوح فوق آبگریز مصنوعی……………………………………………………………………………………………… 11

2-6-1 زبر کردن مواد دارای سطح انرژی کم……………………………………………………………………………………………. 11

2-6-2 ایجاد زیرلایه زبر و اصلاح کردن آن با مواد با انرژی سطحی کم………………………………………………………… 12

2-7 رفتار خوردگی پوشش­های فلزی فوق­آبگریز……………………………………………………………………………………………. 15

2-8 رسوب­دهی الکتریکی نیکل……………………………………………………………………………………………………………………. 17

2-9 کاربرد پوشش­های نیکل و آلیاژهای آن……………………………………………………………………………………………………. 18

2-9-1 کاربرد­های تزئینی…………………………………………………………………………………………………………………….. 18

2-9-2 کاربردهای عاملی……………………………………………………………………………………………………………………. 18

2-9-3 کاربردهای الکتروفورمینگ………………………………………………………………………………………………………. 18

2-10 پوشش­دهی الکتریکی…………………………………………………………………………………………………………………………. 19

2-11 محلول­های پوشش­دهی نیکل……………………………………………………………………………………………………………….. 19

2-11-1 محلول­های واتز……………………………………………………………………………………………………………………….. 19

2-11-2 محلول­های سولفامات……………………………………………………………………………………………………………….. 20

2-11-3 محلول­های کلرید…………………………………………………………………………………………………………………….. 20

2-11-4 محلول­های سولفاته…………………………………………………………………………………………………………………… 21

2-12 رسوب الکترولیتی فلز………………………………………………………………………………………………………………………….. 21

2-12-1 رسوب­دهی الکتریکی با جریان مستقیم…………………………………………………………………………………………. 21

2-12-2 پوشش­دهی پالسی…………………………………………………………………………………………………………………….. 21

2-12-3 رسوب­دهی فلز القا شده با لیزر……………………………………………………………………………………………………. 21

2-13 مکانیسم رسوب­دهی الکتریکی نیکل……………………………………………………………………………………………………… 22

2-14 تاثیر پارامترهای الکتروشیمیایی بر خواص رسوبات الکتریکی……………………………………………………………………… 23

2-14-1 افزودنی­های حمام­های رسوب­دهی الکتریکی……………………………………………………………………………….. 24

2-14-2 اثرات سطح زیرلایه…………………………………………………………………………………………………………………… 26

2-14-3 پارامترهای موثر دیگر روی مورفولوژی رسوبات الکتریکی……………………………………………………………… 27

2-15 رفتار الکتروشیمی و خوردگی نیکل………………………………………………………………………………………………………. 27

2-16 جمع بندی…………………………………………………………………………………………………………………………………………. 34

فصل سوم: مواد و روش­ها

3-1 زیرلایه مورد استفاده…………………………………………………………………………………………………………………………….. 35

3-2 آماده­سازی سطح نمونه………………………………………………………………………………………………………………………….. 35

3-3 حمام پوشش­دهی…………………………………………………………………………………………………………………………………. 36

3-4 عملیات پوشش­دهی……………………………………………………………………………………………………………………………… 36

3-5 مطالعات مورفولوژی…………………………………………………………………………………………………………………………….. 36

3-6 اندازه­گیری ضخامت پوشش………………………………………………………………………………………………………………….. 37

3-7 بررسی توپوگرافی………………………………………………………………………………………………………………………………… 37

3-8 مطالعات بافت پوشش­های ایجاد شده………………………………………………………………………………………………………. 37

3-9 اندازه گیری زاویه تماس پوشش­ها با آب…………………………………………………………………………………………………. 37

3-10 مطالعات الکتروشیمیایی……………………………………………………………………………………………………………………….. 37

3-11 مطالعات خوردگی الکتروشیمیایی…………………………………………………………………………………………………………. 38

3-11-1 پلاریزاسیون پتانسیودینامیک……………………………………………………………………………………………………….. 38

3-11-2 طیف­سنجی امپدانس الکتروشیمیایی…………………………………………………………………………………………….. 38

فصل چهارم: بحث و تحلیل یافته­ها

4-1 اثرات الکتروشیمیایی آمونیوم کلرید بر مکانیسم رسوب­دهی الکتریکی نیکل………………………………………………….. 39

4-1-1 آزمون ولتامتری چرخه‌ای…………………………………………………………………………………………………………….. 40

4-1-2 آزمون طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی……………………………………………………………………………………. 41

4-2 تأثیر غلظت آمونیوم کلرید روی مورفولوژی پوشش‌ها……………………………………………………………………………….. 43

4-3 اثر آمونیوم کلرید روی بافت نسبی پوشش­ها…………………………………………………………………………………………….. 47

4-4 رفتار ترشوندگی پوشش­های نیکل تهیه شده از حمام حاوی آمونیوم کلرید……………………………………………………. 48

4-5 مقاومت به خوردگی پوشش­های نیکل تهیه شده از حمام­های پوشش­دهی حاوی آمونیوم کلرید……………………….. 50

4-5-1 پلاریزاسیون پتانسیودینامیک…………………………………………………………………………………………………………. 50

4-6 طیف­سنجی امپدانس الکتروشیمیایی………………………………………………………………………………………………………… 52

4-7 عملکرد طولانی مدت پوشش­های نیکل حاصل از حمام حاوی آمونیوم کلرید در محلول خورنده…………………….. 55

4-8 تأثیر غلظت آمونیوم کلرید روی مورفولوژی پوشش‌های نیکل…………………………………………………………………….. 60

4-9 رفتار ترشوندگی پوشش­های نیکل تهیه شده از حمام حاوی اتیلن­دی­آمونیوم دی­کلرید……………………………………. 62

4-10 رفتار خوردگی پوشش نیکل رسوب داده شده از حمام پوشش­دهی حاوی اتیلن­دی­آمونیوم دی­کلرید……………… 63

فصل پنجم: نتیجه­گیری و پیشنهادات

5-1 نتیجه­گیری…………………………………………………………………………………………………………………………………………… 67

5-2 پیشنهادات…………………………………………………………………………………………………………………………………………… 68

 

منابع و مراجع……………………………………………………………………………………………………………… 69

فهرست شکل­ها

شکل                                                                                                                                                                                   صفحه

فصل دوم

شکل ‏2‑1 تصاویر سطوح فوق­آب­گریز با ساختار سلسله مراتب……………………………………………………………………………… 5

شکل ‏2‑2 تصاویر SEM سطوح فوق­آبگریز طبیعی با ساختار واحد…………………………………………………………………………. 5

شکل ‏2‑3 تصاویر لغزش قطره آب از سطح آب­گریز نرمال واز سطح فوق­آبگریز……………………………………………………… 6

شکل 2-4 زاویه تماس قطره آب با سطح…………………………………………………………………………………………………………… 7

شکل ‏2‑5 شرح زاویه تماس پیشرونده و پسرو……………………………………………………………………………………………………… 7

شکل ‏2‑6 زاویه لغزش……………………………………………………………………………………………………………………………………. 7

شکل ‏2‑7 رفتار تر شوندگی مایع روی سطح صاف و همگن مطابق مدل یانگ………………………………………………………… 8

شکل ‏2‑8 رفتار تر شوندگی مایع روی سطح زبر مطابق مدل ونزل………………………………………………………………………….. 8

شکل ‏2‑9 رفتار تر شوندگی مایع روی سطح زبر مطابق با مدل کاسی باکستر……………………………………………………………. 9

شکل ‏2‑10 تصاویر سطوح PVC به دست آمده در محتوای مختلف اتانول در محلول PVC……………………………………. 11

شکل ‏2‑11 فیلم نانومیلهTiO₂ و یک پاپیلا در بزرگنمایی بالا………………………………………………………………………………. 12

شکل ‏2‑12 تغییرات زاویه تماسی فیلم نیکل در مدت زمان نگهداری در شرایط محیطی………………………………………….. 13

شکل ‏2‑13 طیف XPS فیلم نیکل با ساختار سلسله مراتبی میکرو- نانو………………………………………………………………….. 14

شکل ‏2‑14 تصاویر SEM پوشش چند لایه مس/ نیکل با مورفولوژی خیار دریایی با بزرگنمایی­های مختلف………………. 15

شکل ‏2‑15 تصویر SEM پوشش نیکل با ساختار مخروط مانند با پله های مارپیچی…………………………………………………. 15

شکل ‏2‑16 منحنی­های نایکوئیست زیرلایه مسی، فیلم نیکل فوق­آبدوست و فیلم نیکل فوق­آبگریز در محلول 5/3% وزنی سدیم کلرید             16

شکل ‏2‑17 منحنی­های باد پوشش نیکل فوق­آبگریز در مدت زمان­های مختلف غوطه­وری در محلول 5/3% وزنی سدیم کلرید        16

شکل ‏2‑18 منحنی­های نایکوئیست زیرلایه منیزیمی و سطح فوق­آبگریز اعمال شده روی آلیاژ منیزیم در مدت زمان­های مختلف غوطه­وری در محلول 5% وزنی سدیم کلرید…………………………………………………………………………………………………………………………………… 17

شکل ‏2‑19 طرح کلی پیل الکتروشیمی……………………………………………………………………………………………………………. 19

شکل ‏2‑20 تصاویر SEM رسوبات نیکل تهیه شده در حضور مقادیر مختلف اتیلن­دی­آمونیوم دی­کلرید……………………. 27

شکل ‏2‑21 تصاویر SEM فیلم­های نیکل پوشش­دهی الکتریکی شده در چگالی جریان ها وزمان­های مختلف…………….. 28

شکل ‏2‑22 گراف بصری از قطره آب روی فیلم نیکل با ساختار نانو مخروطی مطابق شکل ‏2‑21……………………………… 29

شکل ‏2‑23 ارتباط بین زاویه تماس و زاویه لغزش با ارتفاع مخروط­های فیلم نیکل………………………………………………….. 29

شکل ‏2‑24 نمودارزاویه تماس نسبت به زمان الکترولیز در نیکل کلرید 74/. مولار و 08/0 مولار میرستیک اسید…………. 31

شکل ‏2‑25 ارتباط بین زاویه تماس سطح کاتد و غلظت نیکل کلرید حمام پوشش­دهی……………………………………………. 31

شکل ‏2‑26 تصاویر SEM سطح نیکل بعد از الکترولس………………………………………………………………………………………. 30

شکل ‏2‑27 گراف بصری زاویه تماس قطره آب روی فیلم­های نیکل بر حسب مدت زمان الکترولس………………………… 31

شکل ‏2‑28 منحنی پلاریزاسیون پتانسیودینامیک نیکل با اندازه مختلف دانه در اسید سولفوریک 1……………………………. 32

شکل ‏2‑29 منحنی­های پلاریزاسیون نیکل­های تهیه شده از حمام پوشش­دهی با مقادیر مختلف یون­های ساماریم…………. 33

فصل چهارم

شکل ‏4‑1 ولتاموگرام­های چرخه­ای به دست آمده از حمام­های پوشش­دهی نیکل………………………………………………….. 40

شکل ‏4‑2 منحنی­های گالوانوستات رسوب نیکل در چگالی جریان A. dm^-2 2………………………………………………………. 41

شکل ‏4‑3 منحنی­های نایکوئیست و مدار معادل الکتریکی رسوب­دهی الکتریکی نیکل……………………………………………. 42

شکل ‏4‑4 تصاویر SEM پوشش­های نیکل تهیه شده از حمام با مقادیر مختلف آمونیوم کلرید طی رسوب تک مرحله­ای و دو مرحله­ای            44

شکل ‏4‑5 ارتفاع و عرض میکرو مخروط های پوشش­های نیکل به دست آمده از شکل ‏4‑4…………………………………….. 45

شکل ‏4‑6  تصاویر سطح مقطع پوشش­های نیکل تهیه شده در دو مرحله رسوب­دهی الکتریکی…………………………………. 46

شکل ‏4‑7 الگو­های پراش اشعه ایکس از پوشش­های نیکل تهیه شده در حضور مقادیر مختلف آمونیوم کلرید……………. 47

شکل ‏4‑8 ضرایب بافت نسبی پوشش­های نیکل نسبت به میزان آمونیوم کلرید در حمام پوشش­دهی………………………….. 48

شکل ‏4‑9 زاویه تماس پوشش­های نیکل تهیه شده با آب در حضور مقادیر مختلف آمونیوم کلرید……………………………. 48

شکل ‏4‑10 تصاویر میکروسکوپی کانفوکال و مقادیر زبری متوسط پوشش­های نیکل تهیه شده از حمام­های پوشش­دهی با مقادیر مختلف آمونیوم کلرید………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 49

شکل ‏4‑11 منحنی­های پلاریزاسیون پوشش C₂ فوق­آبدوست و فوق­آبگریز در محلول 5/3% سدیم کلرید…………………. 51

شکل ‏4‑12 منحنی­های نایکوئیست و باد- فاز پوشش­های نیکل تهیه شده از حمام پوشش­دهی…………………………………. 53

شکل ‏4‑13 مدار معادل الکتریکی سیستم مورد مطالعه……………………………………………………………………………………….. 54

شکل ‏4‑14 طرحواره­ای از فصل مشترک بین سطح فوق­آبگریز و آب دریا……………………………………………………………. 54

شکل ‏4‑15 منحنی­های نایکوئیست و باد – فاز پوشش­های نیکل فوق­آبگریز تهیه شده از حمام پوشش­دهی در محلول 5/3% سدیم کلرید         56

شکل ‏4‑16 مدارهای معادل الکتریکی پیشنهادی برای تفسیر فیلم رویین………………………………………………………………… 57

شکل ‏4‑17 تصاویر SEM پوشش­های نیکل تهیه شده از حمام پوشش­دهی حاوی آمونیوم کلرید در مدت زمان­های مختلف غوطه­وری در محلول 5/3% وزنی سدیم کلرید……………………………………………………………………………………………………………………………….. 60

شکل ‏4‑18 ‏تصاویر SEM پوشش­های نیکل تهیه شده از حمام با مقادیر مختلف EDA طی رسوب تک مرحله­ای و دو مرحله­ای       61

شکل ‏4‑19 ارتفاع و عرض میکرو­مخروط­های پوشش­های D₁ و D₂ به دست آمده از شکل ‏4‑18……………………………… 62

شکل ‏4‑20 نمایش طرحواره­ای از مکانیسم رشد پیشنهادی در حضور EDA………………………………………………………….. 62

شکل ‏4‑21 زاویه تماس پوشش­های نیکل تهیه شده در حضور مقادیر مختلف EDA با آب……………………………………… 63

شکل ‏4‑22 تصاویر میکروسکوپی کانفوکال و مقادیر زبری متوسط پوشش­های نیکل تهیه شده از حمام­های پوشش­دهی با مقادیر مختلف EDA………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 63

شکل ‏4‑23 منحنی­های نایکوئیست و باد- فاز پوشش D4 آبگریز در مدت زمان­های غوطه­وری مختلف در محلول 5/3% وزنی سدیم کلرید    64

شکل ‏4‑24 مدار معادل الکتریکی سیستم مورد مطالعه……………………………………………………………………………………….. 65

فهرست جداول

جدول                                                                                                                                                                                صفحه

فصل دوم

جدول ‏2‑1 ترکیب محلول واتز……………………………………………………………………………………………………………………… 20

جدول ‏2‑2 وضعیت­های عملکرد محلول واتز…………………………………………………………………………………………………… 20

جدول ‏2‑3 ترکیب محلول سولفامات…………………………………………………………………………………………………………….. 20

جدول ‏2‑4 پارامترهای پلاریزاسیون به دست آمده از منحنی­های پلاریزاسیون نیکل با اندازه دانه مختلف در سولفوریک اسید یک مولار         33

فصل سوم

جدول ‏3‑1 ترکیب شیمیایی زیرلایه مسی…………………………………………………………………………………………………………. 35

جدول ‏3‑2 نماد اختصاری غلظت­های مختلف افزودنی در حمام پوشش­دهی……………………………………………………….. 36

فصل چهارم

جدول ‏4‑1 پارامترهای استخراج شده از منحنی­های نایکوئیست شکل ‏4‑3……………………………………………………………. 42

جدول ‏4‑2 ثابت تعادل ترمودینامیکی تشکیل کمپلکس­های نیکل در دمای 298 کلوین…………………………………………… 43

جدول ‏4-3 مقادیر پتانسیل خوردگی و چگالی جریان خوردگی پوشش­های نیکل تهیه شده در حضور مقادیر مختلف آمونیوم کلرید               51

جدول ‏4‑4 مقادیر المان­های مدار معادل الکتریکی مربوط به منحنی­های شبیه­سازی شده شکل ‏4‑12………………………… 54

جدول ‏4‑5 مقادیر المان­های مدار معادل الکتریکی مربوط به منحنی­های شبیه­سازی شده شکل ‏4‑ 15الف و ه……………. 58

جدول ‏4‑6 مقادیر المان­های مدار معادل الکتریکی مربوط به منحنی­های شبیه­سازی شده شکل ‏4‑15ب و و……………….. 58

جدول ‏4‑7 مقادیر المان­های مدار معادل الکتریکی مربوط به منحنی­های شبیه­سازی شده شکل ‏4‑15 ج و ز……………….. 58

جدول ‏4‑8 مقادیر المان­های مدار معادل الکتریکی مربوط به منحنی­های شبیه­سازی شده شکل ‏4‑15 د و ه………………… 59

جدول ‏4‑9 مقادیر المان­های مدار معادل الکتریکی مربوط به منحنی­های شبیه سازی شده شکل ‏4‑23……………………….. 65