از فرآیند اکسیداسیون ریزجرقه به عنوان روش مورد توجه محققان در دهه اخیر برای ایجاد پوشش تبدیلی نانوکامپوزیتی سطح تیتانیم خالص تجاری استفاده شده است. در این پژوهش، پوششها در الکترولیت (آماده شده با استفاده از آلومینات و فسفات سدیم) حاوی نانوذرات نیترید سیلیسیم ایجاد شده اند. تاثیر چهار عامل اصلی (شامل زمان پوششدهی، دانسیته جریان، فرکانس و چرخه کاری جریان پالسی) بر روی خواص سطحی و مکانیکی (زبری، سختی و مقاومت به سایش) پوششها و همچنین اثر حضور نانوذرات بر مکانیزم پوششدهی بررسی شده است. با تغییر پی درپی چرخه کاری جریان پالسی، پوششهایی با شیب غلظتی (از فازهای سخت) به جهت حصول خواص مکانیکی بهتر (با شیب ملایم تر ریزسختی در عرض پوشش با قابلیت تحمل بار بالاتر) ایجاد شدند. ریزساختار، ترکیب و خواص پوششهای بدست آمده با روشهای ریزسختی، میکروسکوپ الکترونی روبشی، آنالیز تفرق اشعه ایکس، آنالیز عنصری و دستگاه تست سایش خراشان مورد بررسی قرار گرفته اند و فازهای بوجود آمده شناسایی شده اند. پوششهای بدست آمده به طور متوسط بهبود 56 درصدی در کاهش وزن را در تست سایش نسبت به زمینه خام نشان دادند. علاوه بر بررسی خواص پوششها، اثر حضور نانوذرات در الکترولیت بر مکانیزم فرایند پوشش بررسی شده است. برای این منظور از سه روش عکسبرداری سریع، بررسی مشخصات ولتاژ-جریان فرایند و آنالیز سیگنال صوتی جرقه ها استفاده شده است. بررسی مشخصات جرقه ها نشان داد که کیفیت آنها (نسبت زمان رشد به فرود جرقه) با گذشت زمان تغییر چندانی نمی کند درحالیکه دانسیته جریان اعمالی، فرکانس و به خصوص چرخه کار جریان پالسی کیفیت آنها را به شدت تحت تاثیر قرار می دهند. حضور نانوذرات بر زمان رشد و فرود جرقه ها موثر است ولی روند تاثیرپذیری کیفیت جرقه از چهار عامل موثر یاد شده در حضور نانوذرات تغییری نمی کند. بررسی میدان الکتریکی اطراف تک جرقه حاکی از آن بود که جذب نانوذرات از مرکز جرقه انجام می شود. حضور نانوذرات در الکترولیت موجب کاهش قطر کانال فوران در جرقه و همچنین کاهش قطر ساختار رسوب کرده شد که مطابق مدل ارایه شده موجب کاهش زبری پوشش نیز می شود. استفاده از نانوذرات با اندازه متوسط کمتر (اثر اندازه نانوذرات) موجب مستحکم تر شدن نانوکامپوزیت در لایه های بالاتر (نزدیکتر به سطح آزاد پوشش) می شود.

فرآیند سایش مکانیکی تدریجی سطحی به عنوان پیش عملیات پوشش اکسیداسیون ریزجرقه بر روی آلیاژ منیزیم az31b انجام شد. فرآیند سایش مکانیکی تدریجی سطحی باعث نانوبلوری شدن و ایجاد کرنش پلاستیک بر روی آلیاژ منیزیم شد. تاثیر اندازه ساچمه بر نمونه ها مورد بررسی قرار گرفت. لایه ی تغییر شکل یافته با ضخامت بالاتر از 60 میکرومتر و همچنین دانه های نانومتری در سطح فلز زمینه تولید شد. ریزساختار، اندازه دانه و زبری سطح نمونه ها و پوشش های بدست آمده توسط میکروسکوپ نوری، پراش اشعه ایکس، میکروسکوپ الکترونی روبشی، میکروسکوپ الکترونی عبوری و زبری سنج مورد بررسی قرار گرفت. تغییر شکل پلاستیک شدید باعث ایجاد سطح نانوساختار بر روی زمینه شده که در فرآیند پوشش دهی بعدی تاثیرگذار است. فرآیند اکسیداسیون ریزجرقه تحت جریان ثابت در الکترولیت پایه فسفاتی با و بدون نانوذرات تیتانیا بر روی سطح نانوبلوری و درشت دانه انجام شد. در این پروژه، مکانیزم فرآیند پوشش دهی اکسیداسیون ریزجرقه بر روی زمینه درشت دانه و نانوبلوری مورد بررسی قرار گرفت. به منظور مقایسه نمونه های پوشش داده شده از دوربین سرعت بالا، تغییرات ولتاژ- زمان، تغییرات وزن و ضخامت استفاده شد. نتایج نشان داد که فرآیند سایش مکانیکی تدریجی سطحی باعث تاثیر زیادی بر ریزساختار و ضخامت نمونه های پوشش داده شده می شود. رشد ضخامت پوشش در نمونه های با زمینه نانوبلوری در دقیقه ابتدایی بسیار بیشتر از دقایق بعدی است (در حدود سه تا شش برابر). همچنین پیش فرآیند سایش مکانیکی تدریجی سطحی موجب افزایش نرخ رشد پوشش نسبت به نمونه های درشت دانه شده است. آنالیز جرقه ها نشان داد که تعداد و اندازه ی جرقه ها بر روی سطح نانوبلوری و درشت دانه متفاوت است. همچنین برای آنالیز حفرات و تخلخل های پوشش از نرم افزار آنالیز تصویری و آزمون ترشوندگی استفاده شد. نتایج آزمون ترشوندگی نشان داد که که ارتباط مشخصی بین تخلخل های سطحی و تخلخل داخل پوشش وجود ندارد. همچنین پیش فرآیند سایش مکانیکی تدریجی سطحی موجب کاهش حجم و سطح آزاد تخلخل داخل پوشش می شود. نتایج آزمون های خوردگی پلاریزاسیون پتانشیودینامیک و غوطه وری در محلول شبیه سازی شده بدن حاکی از کاهش سرعت خوردگی پوشش های ایجاد شده برروی سطح نانوبلوری (حدود 4 برابر) نسبت به سطح درشت دانه است.

در این پایان نامه تاثیر الکترولیت و اضافه کردن مواد جدید به الکترولیت برای بهبود خواص پوشش های ایجاد شده به روش اکسیداسیون پلاسمایی الکترولیتی بر روی آلیاژ آلومینیم 1010 مورد بررسی قرار گرفته است. به منظور ایجاد ساختار نانوکامپوزیتی برای بهبود مقاومت به خوردگی و سایش، نانوذرات si3n4 نیز به الکترولیت افزوده شده است. در سوسپانسیون آبی قلیایی (پایه سیلیکاتی) اثر افزودن پنج افزودنی مختلف در ولتاژ اعمالی، ریزساختار، ترکیب شیمیایی، مقاومت سایشی و خوردگی پوشش-های اکسیداسیون پلاسمایی الکترولیتی با میکروسکوپ الکترونی روبشی، پراش پرتو ایکس، آنالیز عنصری و آزمون پلاریزاسیون سیکلی، آزمون سایش پین روی دیسک و ... مورد بررسی قرار گرفته است. افزودنی های بررسی شده عبارتند از: سولفات نیکل، سولفات آهن، سدیم سیترات، لانتانیم کلرید و استامینوفن کدئین. نتایج نشان داد جریان شاخه آندی نمونه های دارای افزودنی نیکل سولفات در الکترولیت نسبت به نمونه های بدون افزودنی، بین 70% تا دو دهه در بیشترین پتانسیل کاهش می یابد. با اضافه کردن افزودنی سولفات آهن به الکترولیت جریان خوردگی نمونه های پوشش داده شده با جریان ma/cm2 15 تا دو دهه کمتر شده است. جریان شاخه آندی نمونه های پوشش داده شده با جریان ma/cm2 25 تا 85% کمتر شده است. نتایج آزمون پلاریزاسیون سیکلی با اضافه کردن افزودنی سدیم سیترات به الکترولیت نشان داد که پتانسیل خوردگی به عنوان معیاری از تمایل به خوردگی در تمام نمونه ها با اضافه کردن افزودنی نجیب تر شده است. جریان شاخه آندی بهترین نمونه ی دارای افزودنی لانتانیم کلرید نیز نزدیک به 40% جریان آن در بیشترین پتانسیل کاهش یافته است. با افزودن استامینوفن کدئین به الکترولیت مشخص شد که پتانسیل خوردگی تا 70 میلی ولت نجیب تر شده و تمایل به خوردگی ازنظر ترمودینامیکی کاهش یافته است.

هدف از این پژوهش بررسی تاثیر افزودنی نمک اسید های چرب مختلف به الکترولیت فرایند اکسیداسیون پلاسمایی الکترولیتی بر خواص ترشوندگی و خوردگی پوشش است. متغییرهای بررسی شده در این پژوهش نوع زیرلایه و نوع افزودنی در الکترولیت است. فرایند پوشش دهی اکسیداسیون پلاسمایی الکترولیتی بر روی دو زیرلایه آلومینیم و منیزیم خالص تجاری در حضور و غیاب سوسپانسیون نانوپودر نیترید سیلیسیم(میانگین 37 نانومتر) در چگالی جریان ثابت انجام شده است. سه نمک سدیم دکانوات (زنجیره ده کربنی)، سدیم میریستات (زنجیره چهارده کربنی) و پتاسیم استئارات (زنجیره هجده کربنی) به الکترولیت پوشش دهی در دو غلظت 2 و4 برای آلومینیم و1 و 2 برای منیزیم اضافه شده اند. پوشش دهی دو زیرلایه در چگالی جریان ثابت 28 میلی آمپر بر سانتی متر مربع انجام شده و تغییرات ولتاژ جرقه زنی با زمان ثبت شده است. تصویربرداری از سطح پوشش ها به وسیله میکروسکوپ الکترونی روبشی برای محاسبه تخلخل سطحی، آنالیز عنصری از سطح پوشش منیزیم و آزمون پلاریزاسیون چرخه ای برای بررسی خوردگی انجام شده است. روش قطره ایستا و صفحه ویلهلمی برای بررسی ترشوندگی استفاده شده است. افزودنی سدیم دکانوات و سدیم میریستات که دارای زنجیره آلی کوتاه تر هستند، بر زیرلایه آلومینیم تأثیر چندانی در ترشوندگی نداشته اند. پتاسیم استئارات، زاویه تماس پوشش آلومینیم را از °6 به °65 افزایش داده است و روی پوشش نانوکامپوزیتی جریان خوردگی را 50 درصد کاهش داده است. هر سه افزودنی زاویه تماس ایستای پوشش را افزایش و تنش سطحی را روی فلز منیزیم کاهش داده اند. این افزایش در زاویه تماس با طول زنجیره متناسب بوده است و زاویه تماس را از °49 تا°130 افزایش داده است. هر سه افزودنی جریان خوردگی پوشش منیزیم را کاهش داده اند و این کاهش به طور تقریبی متناسب با طول زنجیره کربنی بوده است و جریان خوردگی را تا بیشینه 6/99 درصد کاهش داده اند. پوشش های معمولی نسبت به پوشش نانوکامپوزیتی بر زیرلایه منیزیم، در غیاب افزودنی، میل به خوردگی کمتری داشته اند ولی در حضور هر سه افزودنی این اثر وارون شده و میل به خوردگی پوشش نانوکامپوزیتی کمتر از معمولی شده است.