Σύνθετες νανοδομημένες επικαλύψεις μήτρας Ni με ενίσχυση γραφένιου

Βόζιος, Δημήτριος; Vozios, Dimitrios

dc.contributor.author	Βόζιος, Δημήτριος	el
dc.contributor.author	Vozios, Dimitrios	en
dc.date.accessioned	2018-09-04T10:43:20Z
dc.date.available	2018-09-04T10:43:20Z
dc.date.issued	2018-09-04
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/47507
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.15768
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Ηλεκτροαπόθεση	el
dc.subject	Γραφένιο	el
dc.subject	Πρόσθετα	el
dc.subject	Σύνθετες επικαλύψεις	el
dc.subject	Δομή	el
dc.subject	Μικροσκληρότητα	el
dc.subject	Αντοχή στην τριβή	el
dc.subject	Graphene	en
dc.subject	Electrodeposition	en
dc.subject	Additive	en
dc.subject	Composite coatings	en
dc.subject	Structure	en
dc.subject	Microhardness	en
dc.subject	Wear tests	en
dc.title	Σύνθετες νανοδομημένες επικαλύψεις μήτρας Ni με ενίσχυση γραφένιου	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Προϊόντα με προστατευτική επίστρωση και ηλεκτραπόθεση	el
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/79ad9f563e54d2891fcca87173413fb3e7d75cf7
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2018-02-23
heal.abstract	Η ηλεκτρολυτική επιμετάλλωση αποτελεί μια από τις ευρέως διαδεδομένες μεθόδους παρασκευής μεταλλικών/κραματικών καθώς και σύνθετων/νανοσυνθέτων επικαλύψεων. Πλεονεκτήματά της αποτελούν ο συνδιασμός του υψηλού βαθμού ελέγχου των παραμέτρων λειτουργίας της διεργασίας, οι οποίες επηρεάζουν την τελική δομή των επικαλύψεων μαζί με το χαμηλό κόστος παραγωγής. Η παρασκευή νανοσύνθετων επικαλύψεων με ενσωμάτωση στερεών σωματιδίων σε μεταλλικές μήτρες, επιφέρει σημαντικές αλλαγές στις ιδιότητές τους, γεγονός που γίνεται ακόμα εντονότερο όταν γίνεται εφαρμογή παλμικού ρεύματος (PC). Η τιμή της συχνότητας των παλμών είναι καθοριστική για τη μορφολογία, τη δομή και τις μηχανικές ιδιότητες των αποθεμάτων. Η παραγωγή σύνθετων ηλεκτρολυτικών επικαλύψεων μεταλλικής μήτρας με σωματίδια γραφενίου, αποτελεί σημαντικό αντικείμενο έρευνας τα τελευταία χρόνια. Στη διεθνή βιβλιογραφία παρατηρείται μία τάση για χρήση και ανεύρεση της καταλληλότερης πρόσθετης οργανικής επιφανειοδραστικής ένωσης στο λουτρό απόθεσης για την αποτελεσματικότερη διασπορά νανοσωματιδίων γραφενίου, ενώ παράλληλα έχει μελετηθεί κυρίως η επίδραση του συνεχούς ρεύματος (DC). Η μελέτη της προσθήκης των νανοσωματιδίων σε μεταλλικές μήτρες γίνεται συνήθως με προσδοκία της ενίσχυσης των μηχανικών και τριβολογικών τους ιδιοτήτων, καθώς και τη βελτίωση της αντοχής τους στη διάβρωση. Το γραφένιο αποτελεί μία ένωση με εξαιρετικές μηχανικές και ηλεκτρικές ικανότητες. Σε αυτή την εργασία μελετάται η απόθεση νανοπεταλίων γραφενίου (τα σωματίδια ενίσχυσης παρέχονται από την ομάδα του καθηγητή Jinbo Bai από το Εργαστήριο MSSMat του Πανεπιστημιακού Ιδρύματος Ecole Centrale του Παρισιού) υπό συνθήκες τόσο συνεχούς, όσο και παλμικού ρεύματος (εύρος παλμών 0.1-1000Hz) με χρήση λουτρού τύπου Watts, χωρίς αλλά και με την προσθήκη πρόσθετης οργανικής ουσίας. Η κάθοδος στην οποία έγινε η απόθεση ήταν ορείχαλκος κυλινδρικής μορφής, η οποία περιστρεφόταν. Πιο συγκεκριμένα, για την καλύτερη διασπορά των νανοσωματιδίων στο ηλεκτρολυτικό λουτρό, την αποφυγή δημιουργίας συσσωματωμάτων και την ομοιόμορφη κατανομή των σωματιδίων γραφενίου στη μεταλλική μήτρα χρησιμοποιήθηκε η πρόσθετη ουσία Sodium Dodecyl Sulfate- SDS. Παρασκευάστηκαν αποθέματα καθαρού νικελίου, κάτω από τις ίδιες πειραματικές συνθήκες προκειμένου να αποτελέσουν μέτρο σύγκρισης με τα σύνθετα αποθέματα. Μελετήθηκε η επίδραση του επιβαλόμενου ρεύματος (συνεχούς ή παλμικού) και της προσθήκης πρόσθετου στη μορφολογία της επιφάνειας, στον κρυσταλλογραφικό προσανατολισμό, στο μέγεθος των κρυσταλλιτών, στη σκληρότητα και στην αντοχή στην τριβή ολίσθησης. Η μορφολογία και η σύσταση της επιφάνειας των επικαλύψεων μελετήθηκαν με τη μέθοδο της Ηλεκτρονικής Μικροσκοπίας Σάρωσης (Scanning Electron Microscopy SEM-EDS), ενώ ο επικρατών κρυσταλλογραφικός προσανατολισμός των κρυσταλλιτών Ni προσδιορίστηκε με τη μέθοδο της ακτινοκρυσταλλογραφικής ανάλυσης XRD. Προσδιορίστηκαν οι τιμές μικροσκλήρότητας των επικαλύψεων με τη μεθόδο Vickers. Πραγματοποιήθηκαν τριβολογικές δοκιμές των σύνθετων επικαλύψεων χωρίς χρήση λιπαντικού σε τριβόμετρο τύπου μπίλιας/δίσκου. Η Φασματοσκοπία Micro Raman χρησιμοποιήθηκε για τον προσδιορισμό της σύστασης της σκόνης των νανοπεταλίων γραφενίου, καθώς και της σύστασης των σύνθετων επικαλύψεων. Τα αποτελέσματα έδειξαν πως η παρουσία του πρόσθετου SDS στο ηλεκτρολυτικό λουτρό, οδηγεί σε μια πιο ομοιόμορφη κατανομή των σωματιδίων του γραφενίου στη μεταλλική μήτρα νικελίου. Η ταυτόχρονη παρουσία γραφενίου και πρόσθετου στο ηλεκτρόλυτικό λουτρό με την εφαρμογή παλμικού ρεύματος υψηλών συχνοτήτων οδηγεί στην επικράτηση του [110+111] κρυσταλλογραφικού προσανατολισμού σε σύγκριση με τον [110] των απλών αποθεμάτων Ni, ενώ ο [111] κρυσταλλογραφικός προσανατολισμός εμφανίζεται ενισχυμένος. Τα σωματίδια γραφενίου αυξάνουν τις τιμές της μικροσκληρότητας αλλά η παρουσία του SDS οδηγεί σε μείωση αυτών των τιμών. Τα σύνθετα αποθέματα που παρασκευάστηκαν παρουσία πρόσθετου εμφανίζουν αυξημένη αντοχή στην τριβή ολίσθησης και χαμηλότερο συντελεστή τριβής.	el
heal.abstract	Electrolytic plating consists one of the most widespread methods of metallic / alloy as well as composite / nanocomposite coating production. The advantages of this method consist of the high controllability of the operation parameters that affects the coa tings ’ structure combined with a low production cost. The nanocomposite coatings production in which the solid particles are incorporated into the metallic matrix results in significant changes to their properties and this effect becomes even more intense when the electrolytic preparation of composite coatings is taking place under the implementation of pulse current conditions (PC). Controlling of the pulse frequencies, affects the morphology, structure, and mechanic al properties of the deposits . Recently, the electrolytic production of composite metal matrix coatings reinforced with graphene particles, has attracted a lot of interest as depicted in literature . There is a profound interest on selecting the most appropriate organic compound, in order to use it as an additive in the electrolytic bath and contribute to the improvement of the dispersion of the graphene particles. Until now, relative research is concentrated mainly on the effect of the direct current (DC) on the properties of the composites . The research of the addition of nanoparticles to the metallic matrix is being conducted in anticipation of the improvement of the mechanical and tribological properties, as well as their corrosion resistance. Thus, Graphene consists of a compound with excellen t mechanical and electric properties. This study concerns to the electrolytic co - deposition of graphene nanoplateletes, (supplied by the group of Prof. Jinbo Bai from the Lab. MSSMat of Ecole Centrale Paris.) by applying both direct and pulse current condi tions (0.1 to 1000 Hz), with nickel (Watts type bath), in presence and absence of additive in the bath. The organic compound of Sodium Dodecyl Sulfate - SDS has been used as additive in the electrolytic bath, in order to avoid agglomeration of the graphene particles in the electrolyte. The electrodeposition was carried out on a rotating brass disk electrode (RDE). Pure Ni deposits were also produced under the same experimental conditions, as reference state for comparison reasons. The surface morphology, the crystallographic orientation, the grain size, the microhardness and the wear resistance of the composites were investigated as a function of the type of the applied current mode (e.g. direct or pulse) and the presence of additive. The surface morphology a nd structural characteristics of all coatings were investigated by using scanning electron microscopy SEM - EDS, while the predominant crystallographic orientation of Ni crystallites and the grain size were studied by XRD. Μ icrohardness has been measured by applying the Vickers hardness test method. By utilizing a ball on disc tribometer under dry sliding conditions the wear behavior of the composite coatings was investigated. Micro - Raman spectroscopy has been utilized to characterize the composition of the p owder of the graphene nanoplatelates as well as the composition of the composites that have been produced. The addition of the SDS results in a homogenous distribution of the graphene nanoparticles in the metallic matrix. The combined precence of the graph ene powder and the organic additive in addition to the application of high frequency pulse current results in a [110+111] crystallographic orientation compared to the [110] of pure Ni. Also, the [111] crystallographic orientation is reinforced. The additio n of t he graphene particles reinforced the vi microhardness values but the extra addition of SDS results in corresponding decrease. The composite coatings which have been produced in the presence of the SDS demonstrated improved trivological behavior and decr eased value of the sliding friction coefficient compared to the pure Ni coatings	en
heal.advisorName	Παυλάτου, Ευαγγελία	el
heal.committeeMemberName	Δέτση, Αναστασία	el
heal.committeeMemberName	Παυλάτου, Ευαγγελία	el
heal.committeeMemberName	Ταούκης, Πέτρος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Χημικών Επιστημών (I)	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	90 σ.
heal.fullTextAvailability	true