Zn-e-Al2O3-e-SiC基复合涂层的力学性能研究

制作和主办：Elsevier埃及生物多样性和应用科学杂志1（2014）120E125可在www.sciencedirect.com在线获取ScienceDirect杂志主页：http://ees.elsevier.com/ejbas/default.asp短通信Al2O3/SiC颗粒负载量对Zn-e-Al2 O3-e-SiC基复合涂层组织强化特性的研究OSI Fayomia，b，*，A.P.I.波波拉aaTshwane技术大学化学、冶金和材料工程系，P.M.B. X680，比勒陀利亚，南非b圣约大学机械工程系，P.M.B 1023，Ota，Ogun State，尼日利亚A R T I C L E I N F O文章历史记录：收到日期：2014年3月27日收到日期：2014年2014年5月25日接受2014年6月19日在线提供关键词：显微组织复合材料显微硬度界面效应AFMA B S T R A C T采用电沉积法在低碳钢基体上制备了Zn-eAl2 O3-e-SiC复合薄膜，并对其组织结构和力学性能进行了 利用扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）和原子力显微镜（AFM）分析了复合镀层的结构特征。使用durascan硬度计进行机械检查。结果表明，单颗粒含量的影响极大地改变了合金的组织性能和硬度行为。硬度的增加归因于颗粒的完美均匀性和特性，其导致在锌晶格内形成均匀分布、共格和界面沉淀。版权所有2014年，曼苏拉大学。制作和主办Elsevier B.V.所有权利reserved.1.介绍多年来，锌涂层的存在已被证明具有很强的机械和腐蚀弹性#21415;的水平，达到了相当高的水平[1]。同时，由于机械应用中结疤堆积和腐蚀产物产生的腐蚀性介质，其使用性能下降[3e7]。金属陶瓷复合沉积是一种备受青睐的表面改性技术*通讯作者。Tshwane技术大学化学、冶金和材料工程系，P.M.B. X680，比勒陀利亚，南非.联系电话：电话：27719811277电子邮件地址：ojosundayfayomi3@gmail.com，fayomio@tut.ac.za（O.S.I.Fayomi），popoolaapi@tut.ac.za（A.P.I.Popoola）。曼苏拉大学http://dx.doi.org/10.1016/j.ejbas.2014.05.0032314- 808 X/版权所有2014年，曼苏拉大学。制作和主办Elsevier B.V.保留所有权利。eGYPTI anJOURNALof b asI c and aPPlI e dSCIENCES 1（2014）120e125121图1e电沉积系统示意图以获得显著的增强性能。它们的工程相关性根据各个特性而变化，例如耐磨性、刚度增加、高温性能、良好的强度行为和增强的腐蚀性能。这一特性的大部分在机械、化学工业、轻型空间应用、汽车、国防、航天航空和光子学中起着优先作用[8，9]。分散型复合材料和纳米复合材料如TiO2、 SiO2、ZrO2、CNTs、WC、Al2O3、SiC等被广泛应用于锌基合金镀层和电极的改性，是锌基合金取代钝化技术的一个重要途径。作者的一些报告证明，在Zn界面中含有二氧化硅和云母颗粒的复合涂层增加了硬度，并显著改善了耐腐蚀性能[10e14]。这种复合诱导金属和陶瓷颗粒具有优异的性能，金属和第二相颗粒的成分。已经进行了相当多的研究，以开发合适的材料，以获得更好的相容性和良好的硬度行为鉴于此，碳化硅被认为是主要颗粒。SiC是一种优秀的磨料，由碳和硅原子的四面体组成，在晶格中具有强键[12e14]。Zn-eAl2 O3-eSiC在硫酸盐环境中的形核生长、力学性能和粘结性能，本 工作的目的是研制一种颗粒强化的光亮、结合力强的ZneAl2O3/SiC镀层;观察了结构和机械性能，因为陶瓷复合材料的关注是显着的，因为在工程和各种应用中的作用，在最近的时间。2.实验程序2.1.制备底物使用尺寸为（30 mm× 20 mm× 1 mm）的低碳钢试样一基板和锌片的(40mm× 30 mm× 2 mm）作为阳极。如我们之前的研究[8，12]所述，使用更精细等级的金刚砂纸进行初始表面制备。样品用碳酸钠适当清洁，在环境温度下用5%HCl酸洗和活化10 s，然后在去离子水中立即冲洗。低碳钢试样从金属样品站点尼日利亚获得。切段试样的化学成分为：C 0.15，Mn0.45，Si 0.18，P 0.01，S 0.031，Al 0.005，Ni0.008，Fe平衡。2.2.沉积涂层通过在10%HCl溶液中浸渍10 s，然后冲洗，表1e配制的Zne Al2 O3e SIC的设计浴组成样本顺序基质样品沉积时间（min）电流（A）1Zne 5Al2 O3e 10 SiC150.52Zne 5Al2 O3e 10 SiC151.03Zne 10SiC150.54Zne 10SiC151.05Zne 15SiC150.56Zne 15SiC151.07Zne 10 Al2 O3e 15SiC150.58Zne 10 Al2 O3e 15SiC151.0122埃及《国际刑事法院和刑事诉讼法》杂志1（2014）120E125图Zne 15 SiC样品的2eSEM/EDS显微照片在蒸馏水中。在镀敷之前，使用分析级化学品和蒸馏水在室温下制备镀敷溶液。然后将制剂置于搅拌中一天，同时加热至40° C以易于混合并允许任何附聚物溶解在浴溶液中。在电镀前，随着加热趋势持续数小时，同时搅拌所产生的浴[8]。硫酸锌4.7H2 O 70 g/L，Al2 O3 5e 10 g/L，SiC 10e 15 g/L，硼酸5 g/L，甘氨酸5g/L，硫脲5 g/L，温度40℃，pH 4.5，电流密度0.5e 1.0A/cm2。2.3.涂层的制备将所制备的ZneAl2O3eSiC复合材料加热2h并间歇搅拌，得到澄清溶液，然后在低碳钢上进行电解沉积。制备的阴极和阳极通过如图1所示的整流器连接到直流电源。1.一、沉积在0.5 - 1.0A/cm2的不同施加电流下进行15 min。阳极和阴极之间的距离以及浸没深度保持恒定。此后，将样品在水中冲洗并干燥。涂层的制定设计计划见表1。2.4.涂层的结构表征使用TESCAN扫描验证了制造的合金样品的结构研究和元素分析电子显微镜与附加的能量色散光谱仪（SEM/EDS）。借助X射线衍射图观察了其物相性质。用原子力显微镜（AFM）观察了涂层的结合力、表面形貌和表面形貌。采用高光学金刚石基硬扫描显微硬度计在等间距范围内测定了镀层的平均显微硬度3.结果和讨论3.1.沉积合金的SEM/EDS图图2和图3分别示出了以（Zn e 15 SiC和Zn e 10 Al e15 SiC）为基体的所代表的Zn e Al 2 O 3 e SiC制备的陶瓷涂层的SEM/EDS结构。 从这两幅图中可以明显看出，沉积物的晶体薄片均匀地分散在界面上。在1.0A/cm2的电流密度下，Zne 15 SiC在界面上出现了明显的片状晶核。显然有两种不同的相，初始相具有均匀一致的稳定沉淀物，而后者具有六边形斑块。事实上，可以看到SiC沿锌界面的结合提供了以结节状颗粒为主的精细微观结构。Al2O3/SiC复合材料的沉积形貌与涂层的干扰是相当令人赞赏的，图3e SEM/EDS显微照片。eGYPTI anJOURNALof b asI c and aPPlI e dSCIENCES 1（2014）120e125123图Zne 10 Al2 O3e 15 SiC样品的4e XRD图谱图图5 a] Zne 15 SiC b] Zne Al2 O3e 15 SiC颗粒增强的三维AFM图像图6e低碳钢表面沉积Zn/Al2 O3/SiC基体的不同负载量颗粒的硬度特性124埃及《国际刑事法院和刑事诉讼法》杂志1（2014）120E125增强复合材料找到了明确掺杂到锌金属基质中的方法。由于成核过程从作为承载体的锌金属开始，颗粒的分散覆盖成核位点并强化所生产的合金，因此结构行为是完全预期的[11，13，14]图。3.第三章。换句话说，有必要提及的是，形态变化可能与诱导复合物的强阻塞影响相关，导致良好的沉淀和更好的取向。有时，与添加剂阻碍程度有关的条件参数在晶体取向的再改性中也起着至关重要的作用电沉积层可取决于许多因素，例如电解质组成、操作条 件 和 扩 散 机 制 。 另 一 方 面 ， 具 有 约 290HVN 的ZneSiC的硬度改善可以与SiC影响的团聚相关联，而不是构成具有205HVN值的ZneAl2 O3eSiC涂层的电解质组合物的添加剂的网络。恒定的颗粒负载可能不需要显著的改进，而是需要细化和适当的成核浴缸的构成。[3]《易经》中的卦卦。图图4显示了从镀浴中以10Al 2 O3/15 SiC纳米颗粒浓度制备的Zn e Al 2O3e SiC沉积物 的 XRD 图 案。衍射图给出了38nm、42nm、45nm、 55nm和72nm的主衍射峰。观察到的金属间生长相为Zn、Zn2 Al7、Zn2 Si等。涂层上存在的单个分散金属颗粒相非常明显，因为它似乎通过相互扩散机制和每个颗粒的离子影响相变[1，14]。涂层基体的相取向是涂层综合性能和显著效果的标志。3.2.原子力显微镜分析图5ae b显示了沉积的Zne SiC和Zne Al2 O3e SiC样品的3D原子力显微照片。Zne 20 SiC基体晶粒尺寸均匀，晶粒生长均匀。对于Zne Al2 O3e SiC基体，如图5b所示，复合陶瓷Al2 O3/SiC的加入在Zn基基体的界面池处提供了一个牢固的互连。虽然晶体的生长和沉积物的形貌是离子扩散到核中的组合贡献，这意味着吸附的原子在所施加的电压和所施加的电沉积时间的影响下漂移到阴极上的生长点并结合到生长的晶格参考文献[5]进一步确认，由于在具有聚结微晶的沉积金属上施加电压，表面粗糙度和粘附力大多数时候会增加，因此膜厚度受冶金参数影响。与具有起伏的ZneSiC基体相比，观察到ZneAl2O3e SiC粘附3.3.显微硬度研究显微硬度研究如图所示。 为了观察复合颗粒及其浓度加载对Zn e SiC和Zn e Al 2 O3 e SiC涂层硬度性能的影响，采用了Z-SiC-Al 2 O3-SiC复合涂层。 从一般的观察，所有复合材料制造的合金产生了优异的和显着的改善相比，收到的低碳钢基板。在涂层基质中观察到的意外结果是从三元基质观察到的硬度低于Zne SiC合金。这种行为的原因并不确定，但是根据Popoola等人[8]和Rahman等人。[11]，显微硬度的4.结论1) Al2O3/SiC陶瓷复合颗粒作为增强体加入到锌基体中，提高了基体的硬度。2) 硬度性能随着添加剂浓度的增加而增加3) 三元合金镀层颗粒分布均匀，具有较好的晶体取向性和可熔性。确认本材料基于国家研究基金会资助的工作感谢南非比勒陀利亚科技大学表面工程研究中心的支持参考文献[1] Fayomi OSI，Popoola API.低碳钢表面氯化物溶液中锌铝诱导层的化学作用、界面效应及微观组织特征。Res Chem Inter2013;1354：2.[2] FayomiOSI，Popoola API，Loto CA，Popoola OM. 低碳钢表面Zn-Al-TiO 2复合材料的形貌与性能ProcICCEM2012;2012：207e 12.[3] Basavanna S，Arthoba NY.酸性氯化物镀液中锌镍合金镀层的电化学研究。应用电化学杂志; 39（10）：1975e 82.[4] Chitharanjan HA，Venkatakrishna K，Eliaz N. 电沉积Zne Ni、Zn e Fe和Zn e Ni e Fe合金。Surf CoatTechnol 2010;205：2031e 41.[5] Dikici T，Culha O，Toparli M. 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