Χρήση κουμαρίνης στην ανάπτυξη σύνθετων επικαλύψεων μήτρας νικελίου ενισχυμένης με μικροσωματίδια ζιρκονίας σε συνθήκες παλμικού ρεύματος

Σουλελέ, Μαρία Ελένη; Soulele, Maria Eleni

dc.contributor.author	Σουλελέ, Μαρία Ελένη	el
dc.contributor.author	Soulele, Maria Eleni	en
dc.date.accessioned	2019-07-05T10:34:32Z
dc.date.available	2019-07-05T10:34:32Z
dc.date.issued	2019-07-05
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/48985
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.16699
dc.rights	Default License
dc.subject	Coumarin	el
dc.subject	Electrodeposition	el
dc.subject	Nickel	el
dc.subject	Zirconium	el
dc.subject	Pulse current	el
dc.title	Χρήση κουμαρίνης στην ανάπτυξη σύνθετων επικαλύψεων μήτρας νικελίου ενισχυμένης με μικροσωματίδια ζιρκονίας σε συνθήκες παλμικού ρεύματος	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Υλικά	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2019-02-15
heal.abstract	Η ηλεκτρολυτική συναπόθεση απασχολεί την έρευνα και τη βιομηχανία από τη δεκαετία του 1970. Πρόκειται για τη διαδικασία ενσωμάτωσης αδρανών σωματιδίων, μέσης διαμέτρου, της τάξεως του μικρομέτρου (μm) ή και ακόμη μικρότερων, σε μεταλλική μήτρα, τα οποία βρίσκονται ομοιογενώς διασκορπισμένα στο λουτρό επιμετάλλωσης κατά τη διάρκεια της ηλεκτρόλυσης. Η ηλεκτρολυτική συναπόθεση ενός ενισχυτικού μέσου στη μεταλλική μήτρα χρησιμοποιείται κυρίως για τη βελτίωση των μηχανικών της ιδιοτήτων με ακριβή και ελεγχόμενο τρόπο. Οι ιδιότητες των σύνθετων ηλεκτρολυτικών αποθεμάτων εξαρτώνται από τις συνθήκες ηλεκτρόλυσης, τη σύσταση του ηλεκτρολυτικού λουτρού, την αλληλεπίδραση του μέσου ενίσχυσης με τη μεταλλική μήτρα και τα χαρακτηριστικά των αδρανών σωματιδίων. Η ηλεκτρολυτική συναπόθεση έχει αποκτήσει ιδιαίτερο ενδιαφέρον και παρουσιάζεται έντονα ως εναλλακτική μέθοδος για την παρασκευή σύνθετων υλικών μεταλλικής μήτρας (Metal Matrix Composites – MMCs). Πρόκειται για μια κατηγορία σύνθετων υλικών, στην οποία εντάσσονται και οι σύνθετες μεταλλικές ηλεκτρολυτικές επικαλύψεις. Οι τελευταίες έχουν τη δυνατότητα να συνδυάζουν τις ιδιότητες των συστατικών από τα οποία αποτελούνται και να καταλήγουν στη σύνθεση ενός τεχνολογικά προηγμένου υλικού. Αυτό το υλικό είναι ικανό να διαθέτει τα απαραίτητα λειτουργικά χαρακτηριστικά για κάθε εφαρμογή, γι’ αυτό και οι σύνθετες μεταλλικές ηλεκτρολυτικές επικαλύψεις βρίσκουν σημαντική εφαρμογή στη βιομηχανία σε διάφορους τομείς, όπως είναι η αεροναυπηγική, η ναυπηγική, η αυτοκινητοβιομηχανία, η βιομηχανία παραγωγής ολοκληρωμένων κυκλωμάτων και άλλες. Στην παρούσα διπλωματική εργασία παρασκευάστηκαν σύνθετες ηλεκτρολυτικές επικαλύψεις Ni/ZrO2 παρουσία ενός γνωστού στη βιομηχανία επιμεταλλώσεων στιλβωτικού προσθέτου, της κουμαρίνης, πάνω σε ορειχάλκινα υποστρώματα, με εφαρμογή συνεχούς ρεύματος (Direct Current – D.C.) και παλμικού ρεύματος σταθερής φοράς (Pulse Current – P.C.). Στη συνέχεια μελετήθηκε η δομή και οι ιδιότητές τους. Συγκεκριμένα, μελετήθηκε η επίδραση της μεταβολής των παραμέτρων του παλμικού ρεύματος, δηλαδή της συχνότητας παλμού και του duty cycle, σε συνδυασμό με τη χρήση διαφορετικής συγκέντρωσης κουμαρίνης, στην κρυσταλλική ανάπτυξη, τη μικροδομή και τις μηχανικές ιδιότητες των σύνθετων αποθεμάτων Ni/ZrO2. Ο προσδιορισμός της κρυσταλλικής δομής των σύνθετων επικαλύψεων πραγματοποιήθηκε με τη βοήθεια της τεχνικής περίθλασης ακτίνων Χ – XRD, η μορφολογία της επιφάνειας των δοκιμίων μελετήθηκε μέσω του ηλεκτρονικού μικροσκοπίου σάρωσης – SEM, το ποσοστό ενσωμάτωσης και η κατανομή των σωματιδίων ZrO2 στη μήτρα νικελίου εκτιμήθηκαν με την τεχνική της φασματοσκοπίας διαχεόμενης ενέργειας – EDAX, η μικροσκληρότητα κατά Vickers των αποθεμάτων μετρήθηκε με το μικροσκληρόμετρο προσαρτημένο σε μεταλλογραφικό μικροσκόπιο και η τραχύτητα της επιφάνειάς τους με τη χρήση ψηφιακού τραχύμετρου μέσω των τιμών Ra. Μέσα από τα πειράματα που διεξήχθησαν διαπιστώθηκε ότι η συναπόθεση των σωματιδίων ζιρκονίας παρουσία κουμαρίνης σε μήτρα νικελίου είναι επιτυχής. Τα σωματίδια ZrO2 συναποτίθενται επιλεκτικά στα όρια των κρυσταλλιτών του νικελίου σε ποσοστά που ποικίλουν ανάλογα με τις εφαρμοζόμενες συνθήκες ηλεκτρόλυσης και την ποσότητα κουμαρίνης που χρησιμοποιήθηκε. Εν γένει, επιβάλλεται η επικράτηση υψηλά παρεμποδιζόμενων προσανατολισμών και η προσανατολισμένη ανάπτυξη των κρυσταλλιτών νικελίου ακολουθεί το μετασχηματισμό: [100] → [100]+[111] → [111]. Υψηλότερα ποσοστά συναπόθεσης και καλύτερη διασπορά σωματιδίων ZrO2 επιτεύχθηκαν με χρήση παλμικού ρεύματος σε χαμηλά duty cycles και υψηλή συχνότητα ρεύματος. Η μεταβολή της κρυσταλλικής δομής επηρεάζει άμεσα και τις ιδιότητες των επικαλύψεων. Οι σύνθετες επικαλύψεις Ni/ZrO2 παρουσία κουμαρίνης είναι ιδιαίτερα τραχιές και παρουσιάζουν στην επιφάνειά τους στροβιλισμό. Τέλος, η μικροσκληρότητα κατά Vickers των αποθεμάτων που παρασκευάστηκαν σε συνθήκες παλμικού ρεύματος είναι μεγαλύτερη από εκείνη του συνεχούς και για τις δύο συγκεντρώσεις κουμαρίνης που χρησιμοποιήθηκαν.	el
heal.abstract	Electrolytic co-deposition has been a highly interesting subject of investigation and industrial applications since 1970. Ιt can be described as the process of incorporating micron- or submicron-sized inert particles into a metallic matrix, homogenously distributed in the plating bath. Electrolytic co-deposition method is an enhancing instrument to improve the mechanical properties of a surface in an accurate and controlled way. The properties of composite electrolytic coatings are depended on the electrolysis conditions, the composition of electrolytic bath, and the interaction of reinforced particles with the metallic matrix as well as the characteristics of the particles. Electrolytic co-deposition has been widely investigated and introduced as an alternative method of producing metal matrix composites (MMCs). It refers to a special category of composites which also includes the metallic electrolytic composite coatings and is able to combine its components properties aiming to achieve the composition of a technologically advanced material. This material has the necessary functional characteristics applied to every single application. This is the main reason why the composite metallic electrolytic coatings are constantly applied in various types of industry, such as the aeronautics, the ship construction industry, the automotive sector, the integrated circuit manufacturing industry etc. For the purpose of this diploma thesis, have been produced composite electrolytic coatings Ni/ZrO2 by also using coumarin, on brass substrates under direct current and pulse current conditions. On a second phase was investigated their structure, the surface morphology as well as their properties. Specifically, it was examined the influence of the variation of PC parameters (the pulse frequency and the duty cycle) in combination with the addition of different coumarin concentrations in the crystalline development, the microstructure as well as the determination of the crystallic composition of the composite coatings was performed by applying the XRD technique, the surface morphology of the deposits was examined through an Electronic Scanning Microscope – SEM while the the incorporation rate as well as the ZrO2 particles distribution in the nickel matrix were estimated with Energy Dispersive X ray Analysis – EDAX Spectroscopy. Vickers microhardness of the composite electrocoatings was measured by using the micro- hardness meter attached to a metallographic microscope while the roughness of their surface was determined with the usage of a digital profilometer through the Ra values. mechanical properties of the composite electrocoatings Ni/ZrO2. The Through the performed experiments has been reached the conclusion that the co- deposition of zirconium particles in presence of coumarin in a nickel matrix was successful. ZrO2 particles are co-deposited selectively at the limits of the nickel 10 crystallites at rates varying according to the applied electrolysis conditions and the amount of coumarin additive used. Generally, it is imposed highly inhibited orientations and the oriented development of nickel crystallites follows the scheme: [100] → [100]+[111] → [111]. Higher rates of incorporated particles as well as better dispersion of ZrO2 particles were achieved using pulsed current at low duty cycles and high values of pulse frequencies. The variation in crystalline development affects directly the coatings properties. Composite Ni/ZrO2 coatings in a presence of coumarin are significantly rough and also show turbulance on their surface. Finally, the Vickers micro–hardness of the deposits produced on pulse current conditions is proved to be greater than the one produced on direct current for both concentrations of coumarin used in this research.	en
heal.advisorName	Κόλλια, Κωνσταντίνα	el
heal.committeeMemberName	Κορδάτος, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Κόλλια, Κωνσταντίνα	el
heal.committeeMemberName	Ζαννίκος, Φανούριος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Επιστήμης και Τεχνικής των Υλικών (ΙΙΙ)	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	198 σ.
heal.fullTextAvailability	true