ارزیابی رفتار تریبولوژیکی پوشش کامپوزیتی اکسیداسیون الکترولیتی پلاسمایی حاوی ذرات اکسید سیلیسیم روی زیرلایه آلیاژ آلومینیوم ۷۰۷۵

فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین

دوره 13، شماره 49، آبان 1401، صفحه 72-85   

نوع مقاله: مقاله مستخرج از پایان نامه

شناسه دیجیتال (DOI): 10.30495/jnm.2023.31857.1995

نویسندگان

محمد رزازی بروجنی^{* 1}؛ زهرا صلاح هادی الجسار²؛ فرهاد عظیمی فر³

¹استادیار، گروه مهندسی مواد، واحد لنجان، دانشگاه آزاد اسلامی، اصفهان، ایران.

²دانشجوی کارشناسی ارشد رشته مهندسی مواد، گروه مهندسی مواد، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران جنوب، تهران، ایران.

³استادیار، گروه مهندسی پزشکی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد اصفهان(خوراسگان)، اصفهان، ایران.

تاریخ دریافت: 14 اردیبهشت 1402،  تاریخ بازنگری: 28 مرداد 1402،  تاریخ پذیرش: 29 مرداد 1402 

چکیده

چکیده
مقدمه: پوشش‌های اکسیداسیون پلاسمایی الکترولیتی با توجه به ماهیت فشرده، چسبنده و سختی که دارند یکی از مهمترین موادی است که برای مقابله با سایش قطعات آلومینیومی بکار گرفته می‌شود. در سالیان اخیر بهبود خواص سطحی این پوشش‌ها با کمک افزودن ذرات تقویت کننده مورد توجه محققین قرار گرفته است.
روش­: در این پژوهش فرایند پوشش‌دهی به روش اکسیداسیون الکترولیت پلاسمایی در دو حالت معمولی و کامپوزیتی روی آلومینیوم ۷۰۷۵ اعمال شد. برای تولید پوشش کامپوزیتی از الکترولیت یکسان با حالت معمولی استفاده شد با این تفاوت که 12 گرم بر لیتر از ذرات اکسید سیلیسیمِ به الکترولیت اضافه شد. مشخصه‌یابی پوشش‌ها به کمک میکروسکوپ الکترونی، آنالیز فازیابی پراش اشعه ایکس، آنالیز طیف نگار تفکیک انرژی پرتو ایکس، زبری سنجی و سختی سنجی انجام شد. بررسی رفتار تریبولوژیکی پوشش‌ها به کمک آزمون گوی بر دیسک و تحلیل مکانیزم سایشی نمونه‌ها به کمک تصاویر میکروسکوپ الکترونی و آنالیز طیف نگار پرتو انرژی از سطوح سایشی  صورت گرفت.
یافته ­ها: هر دو پوشش دارای ساختار پنکیکی همراه با دهانه‌های آتشفشانی بودند. همچنین کانال‌های تخلیه که منجر به متخلخل شدن پوشش‌ها می‌شدند روی سطح پوشش کامپوزیتی کمتر ایجاد گردید. پوشش معمولی پوششی اکسیدی با ماهیت آمورف/کریستالی بود اما پوشش کامپوزیتی علاوه بر این دو فاز دارای فاز کریستالی اکسید سیلیسیم و مولایت بود. کمترین کاهش وزن (بیشترین مقاومت سایشی) و ضریب اصطکاک برای پوشش کامپوزیتی بدست آمد. مکانیزم سایشی نیز برای زیرلایه سایشِ ورقه‌ای و اکسیداسیونی، پوشش اکسیداسیون پلاسمایی معمولی خراشان، چسبان، اکسیداسیونی و پوشش کامپوزیتی مکانیزم‌های خیش ریز همراه با مکانیزم چسبان با اثرگذاری بسیار کم مشاهده شد.
نتیجه­ گیری: نتایج حاکی از تخلخل کمتر، زبری کمتر و سختی بالاتر پوشش کامپوزیتی به دلیل حضور فازهای کریستالی اکسید سیلیسیم و مولایت در حضور ماده تقویت کننده بود. بیشترین مقاومت سایشی و ضریب اصطکاک برای پوشش کامپوزیتی بدست آمد.

کلیدواژه‌ها

پوشش؛ اکسیداسیون الکترولیت پلاسمایی؛ کامپوزیت؛ سایش؛ اصطکاک

عنوان مقاله [English]

Evaluation of tribological behavior of PEO composite coating containing SiO2 particles on 7075 aluminum alloy

نویسندگان [English]

Mohammad Razazi Boroujeni¹؛ Zahraa Salah Hadi Aljassar²؛ Farhad Azimifar³

¹Assistant prof. of Materials Engineering, Department of Materials Engineering, Lenjan Branch, Islamic Azad University, Isfahan, Iran.

²MSc student of Materials Engineering, Department of Materials Engineering and Metallurgy, South Tehran Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran.

³Assistant prof., Department of Biomedical Engineering, Islamic Azad University, Isfahan branch, Isfahan, Iran.

چکیده [English]

Abstract
Introduction: Electrolytic plasma oxidation coatings are one of the most important materials used to deal with the wear of aluminum parts due to their compact, sticky and hard nature. In recent years, improving the surface properties of these coatings with the help of adding reinforcement particles has attracted the attention of researchers
Methods In this study, plasma electrolytic oxidation (PEO) process was applied in two modes, normal and composite, to coat aluminum 7075. To produce the composite coating, the same electrolyte as the normal mode was used with the addition of 12 grams per liter of silicon oxide particles. Characterization of coatings was done with the help of SEM, X-ray diffraction analysis, energy dispersive spectrometer (EDS) analysis, roughness measurement and hardness measurement. The tribological behavior of coatings was investigated with the help of pin-on-disk test and the analysis of the wear mechanism of the samples was done with the help of SEM images and EDS analysis of wear surfaces.
Findings: Both coatings had a pancake structure with craters. Also, the drainage channels that lead to the porosity of the coatings were less created on the surface of the composite coating. The normal coating was an oxide coating with an amorphous/crystalline nature, but the composite coating had silicon oxide and mullite crystalline phases in addition to these two phases. The lowest weight loss (highest wear resistance) and friction coefficient were obtained for the composite coating. wear mechanism was also observed delamination wear and oxidation wear for substrate, abrasion, adhesive and oxidation  wear for PEO coating, and fine scratch mechanisms and adhesive mechanism with very little effect for composite coating.

کلیدواژه‌ها [English]

Coating, plasma electrolyte oxidation, composite, wear, friction

مراجع

1. sikdar s., menezes p. v., maccione r., jacob t., menezes p. l., “plasma electrolytic oxidation (peo) process,processing, properties, and applications” nanomaterials, 11(6), 1375,
2. necula b. s., apachitei i., tichelaar f. d., fratila-apachitei l. e., and duszczyk j., “an electron microscopical study on the growth of tio2–ag antibacterial coatings on ti6al7nb biomedical alloy.” acta biomaterialia, 7(6), pp. 2751-2757, 2011.
3. yu z., du a., wang c., ma r., fan y., zhao x., and cao x., “incorporation mechanism of zno nanoparticles in peo coating on 1060 al alloy.” surface and coatings technology, 412, 127068, 2021.‏
4. yin y. j., li s. h., shen d. w., zu y. y., and qu c. z., “effects of al2o3 nanoparticles on microstructure and performance of ceramic coatings by micro-arc oxidation in key engineering materials” trans. Tech. publications ltd.‏, vol. 537, pp. 92-96, 2013.‏
5. sarbishei s., sani m. a. f., and mohammadi m. r., “study plasma electrolytic oxidation process and characterization of coatings formed in an alumina nanoparticle suspension.” vacuum, 108, pp. 12-19, 2014.‏
6. arrabal r., matykina e., viejo f., skeldon p., thompson g. e. and merino m. c., “ac plasma electrolytic oxidation of magnesium with zirconia nanoparticles.” applied surface science, 254(21), pp. 6937-6942, 2008.‏
7. matykina e., arrabal r., skeldon p., and thompson g. e., “investigation of the growth processes of coatings formed by ac plasma electrolytic oxidation of aluminium.” electrochimica acta, 54(27), pp. 6767-6778, 2009.‏
8. zhang r., zhao j., and liang j., “a novel multifunctional ptfe/peo composite coating prepared by one-step method.” surface and coatings technology, 299, pp. 90-95, 2016.‏
9. momeni f. and mousavi khoee m., “investigation of zinc metallic coating properties formed on low carbon steel in alkaline and sulfate electrolytes by plasma electrolytic saturation.” journal of new materials, 6(23), pp. 1-18, 2016.‏
10. rapheal g., kumar s., blawert c., and dahotre n. b., “wear behavior of plasma electrolytic oxidation (peo) and hybrid coatings of peo and laser on mri 230d magnesium alloy.” wear, 271(9-10), pp. 1987-1997, 2011.‏
11. van truong p., van bo n., van minh n., anh n. v., kumar g. s. and shkir m., “investigation of corrosion and wear resistance of peo coated d16t aluminium alloys in the marine tropical climate conditions.” materials chemistry and physics, 290, p. 126587, 2022.‏
12. larsson a., halvarsson m. and ruppi s., “microstructural changes in cvd κ-al2o3 coated cutting tools during turning operations.” surface and coatings technology, 111(2-3), pp. 191-198, 1999.‏
13. fernández-lópez p., alves s. a., azpitarte i., san-josé j. t. and bayón r., “corrosion and tribocorrosion protection of novel peo coatings on a secondary cast al-si alloy: influence of polishing and sol-gel sealing.” corrosion science, 207, p. 110548, 2022.‏
14. zhai w., bai l., zhou r., fan x., kang g., liu y. and zhou k., “recent progress on wear‐resistant materials: designs, properties, and applications.” advanced science, 8(11), p. 2003739, 2021.‏
15. lin m., nemcova a., voevodin a. a., korenyi-both a., liskiewicz t. w., laugel n., and yerokhin a., “surface characteristics underpinning fretting wear performance of heavily loaded duplex chameleon/peo coatings on al.” tribology international, 154, 106723, 2021.‏
16. liu y. f., liskiewicz t., yerokhin a., korenyi-both a., zabinski j., lin m., and voevodin a. a., “fretting wear behavior of duplex peo/chameleon coating on al alloy.” surface and coatings technology, 352, pp. 238-246, 2018.‏

mohedano m., lopez e., mingo b., moon s., matykina e. and arrabal r., “energy consumption, wear and corrosion of peo coatings on preanodized al alloy: the influence of current and frequency.” journal of materials research and technology, 21, pp. 2061-2075, 2022.‏