ایجاد پوششهای حاوی ترکیبات بین فلزی آلومینیوم نیکل از طریق عملیات حرارتی آلیاژ آلومینیوم AA2024 پس از آبکاری الکتریکی با نیکل

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مواد، واحد کرج، دانشگاه آزاد اسلامی، کرج، ایران.

2 استادیار، گروه مهندسی مواد، واحد کرج، دانشگاه آزاد اسلامی، کرج، ایران.

3 استاد، دانشکده مهندسی متالورژی و مواد، پردیس دانشکده های فنی، دانشگاه تهران، تهران، ایران.

چکیده

در این تحقیق، پوشش نیکل به روش آبکاری الکتریکی با استفاده از جریان مستقیم بر بستر AA2024 ایجاد گردید. پس از تشکیل پوشش، نمونه­ها به مدت زمان‎های مختلف30، 60، 90 و 120 دقیقه در دماهای 450، 500 و 550 درجه سانتیگراد تحت گاز محافظ آرگون عملیات حرارتی شدند. بر اساس مشاهدات میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، طیف سنج انرژی (EDS) و پراش سنجی پرتو ایکس (XRD) ترکیبات بین Al3Ni و Al3Ni2 در فصل­مشترک پوشش و زیرلایه شناسایی شدند. در دمای 450 درجه سانتی­گراد و زمان ‎120 دقیقه و در دماهای 500 و 550 درجه سانتی گراد و زمان ‎60 دقیقه به علت تشکیل زوج نفوذی نیکل آلومینیوم به ترتیب ترکیبهای Al3Ni2 و Al3Ni تشکیل شدند. مطالعات ریزساختاری نیز نشان داد که عملیات حرارتی در دمای 550 درجه سانتی گراد و زمان‎های 90 و 120 دقیقه منجر به ایجاد ترک در فصل مشترک پوشش و زیرلایه می­شود. بیشترین سختی در دمای 500 درجه سانتی­گراد و زمان 120 دقیقه پس از عملیات حراتی به بیش از  1000 ویکرز رسید.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Formation of nickel aluminide coatings via post heat treatment of nickel plated AA2024 aluminum alloy

نویسندگان [English]

  • Arash Khiabani 1
  • Zahrasadat Seyedraoufi 2
  • Mahmoud Heydarzadeh Sohi 3
1 Master Student, Department of Materials Engineering, Karaj Branch, Islamic Azad University, Karaj, Alborz, Iran.
2 Assistant Professor, Department of Materials Engineering, Karaj Branch, Islamic Azad University, Karaj, Alborz, Iran.
3 Professor, School of Metallurgy and Materials Engineering, College of Engineering, University of Tehran, Tehran, Iran.
چکیده [English]

In this research, nickel was electrodeposited on AA2024 aluminum using direct current. The coated specimens were then heat-treated at different temperatures of 450, 500, and 550°C for 30, 60, 90 and 120 minutes under argon shielding gas. The treated specimens were characterized by means of scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive spectroscopy (EDS), and X-ray diffraction analysis (XRD). The presence of Al3Ni2 and Al3Ni intermetallic compounds were noticed at 450°C after 120 minutes and 500 and 550°C after 60 minutes. Microstructural studies also demonstrated that heat treatment at 550°C for 90 and 120 minutes leads to cracks at the coating/substrate interface. The maximum hardness reached 1000 Vickers after heat treating at 500°C for 120 minutes.

کلیدواژه‌ها [English]

  • 2024 aluminum alloy
  • nickel plating
  • Intermetallic compounds
  • Hardness
 
 [1]
Larignon, C., Andrieu, J. A. E., Odemer, G., C. Blanc, The contribution of hydrogen to the corrosion of 2024 aluminium alloy exposed to thermal and environmental cycling in chloride media, Corrosion, Vol.69, pp.211-220, 2013.
[2]

Wheeler, J.M., Curran, J.A., Shrestha, S., Microstructure and multi-scale mechanical behavior of hard anodized and plasma electrolytic oxidation (PEO) coatings on aluminum alloy 5052, Surface & Coatings Technology, Vol. 207, pp. 480–488, 2012.

[3]
Szcancoski, J.C., Foerster, C.E., Serbena, F.C., Fitz, T., Kreißig, U., Richter, E., Möller, W., Lepienski, C.M., Jr. Soares, P.C., de M. Siqueira, C.J., Mechanical and tribological properties of carbon and nitrogen consecutive ion implantation into aluminium, Surface & Coatings Technology, Vol. 201, pp. 1488-1494, 2006.
[4]

Mathew, R., Stoddart, P. R., Nolan, D., Durandet, Y, Microstructural refinement of aluminium-zinc-silicon coated steels, Surface & Coatings Technology, Vol.306, pp.490-496, 2016.

[5]

Çevik, B., Gas tungsten arc welding of 7075 aluminum alloy: microstructure properties, impact strength, and weld defects, Materials Research Express, Express 5 , 066540, 2018.

[6]
Delaunois, F., Lienard, P., Heat treatments for electroless nickel–boron plating on aluminium alloys, Surface and Coatings Technology, vol.160, (2002), 239–248.
[7]
Adabi, M., Amadeh, A., Formation mechanisms of Ni−Al intermetallics during heat treatment of Ni coating on Al6061 substrate, Trans. Nonferrous et. Soc. China, Vol.25, pp.3959-3966, 2015.
[8]

Liu, C.T., Recent advances in ordered intermetallics, Materials Chemistry and Physics, vol.42, pp.77–86, 1995.

[9]
Wen, B., Zhao, J., Bai, F., Li, T., First-principle studies of AleRu intermetallic compounds Intermetallics, vol.16 , pp.333–339, 2008.
[10]
Colgan,E. G., Nastasi,M., Mayer,J. W., Initial phase formation and dissociation in the thin-film Ni/Al system, J. Appl. Phys, vol.58, pp. 4125–4129, 11985.
[11]

Jung, S.B., Minamino, Y., Yamane, T., Saji, S., Reaction diffusion and formation of Al3Ni and Al3Ni2 phases in the Al-Ni system. J. Mater, vol.12, pp. 1684–1686, 1993.

[12]
Miracle, D.B., The physical and mechanical properties of NiAl. Acta Metal. Mater, Vol. 41, pp.649–684, 1993.
[13]
Rashidi, M., Amadeh,A., Effect of Electroplating Parameters on Microstructure of Nanocrystalline Nickel Coatings, J. Mater. Sci. Technol. Vol.26, pp. 82-86, 2010.
[14]
Li, C., Z. Yuan, Guo, R., Xuan, W., R. Zhongming, Yunbo, Z., Li, X., Wang, H., Wang, Q., Reaction diffusion in Ni–Al diffusion couples in steady magnetic fields, J. Alloy. Compd, vol.641, pp. 7-13, 2015.
[15]
 
 
 
Sohn, Y., Bae, M., Song, I., Chu, K., Kima, D., Hana, I., Embrittlement study of electroplated nickel films by microindentation, Scripta Materialia Vol.67, pp.919–922, 2012.
]16[ ی. شجری، ز.س. سیدرئوفی، د. مومن بغداد آباد، ح. شماخی، م. حسینی نجف آبادی، اثر دمای عملیات حرارتی بر مقاومت به سایش پوشش نیکل–بور روی آلیاژ C63200 اعمالی به روش الکترولس، فصلنامه مواد و فناوری های پیشرفته، (1398) 8، 55-64.
]17[ ی. شجری، ز.س. سیدرئوفی، ح. یوسف‌نیا، س.ح. رضوی، بهبود خواص سطحی آلیاژ ریختگی نیبرال توسط پوشش الکترولس Ni-B جهت کاربردهای دینامیک دریایی، هفتمین کنفرانس بین‌المللی مهندسی مواد و متالورژی و دوازدهمین همایش ملی مشترک انجمن مهندسی متالورژی و مواد ایران و انجمن متالورژی، مهرماه 1397، مصلی تهران.
[18] Castleman, L.S., Seigle, L.L., Formation of intermetallic layers in diffusion couples, JOM: J. Mineral. Metal. Mater. Soc, Vol.9(10), pp.1173-1174, 1957.
[19] Liu, J.C., Mayer, J.W., Barbour, J.C., Kinetics of NiAl3 and Ni2Al3 phase growth on lateral diffusion couples, AIP. J. Appl.Phys, Vol.64 , pp.656-662, 1988.
[20] Baird, J.D., The formation of intermediate alloy layers in the inter-diffusion of metals, J.Nucl. Energy. Part. A, Vol.11,pp. 81–88, 1960.
[21] Adabi, M., Amadeh, A., Electrodeposition mechanism of Ni–Al composite coating, Trans, Nonferrous Met. Soc. China. Vol.24, pp.3189-3195, 2014.
[22] Baird, J.D., The formation of intermediate alloy layers in the inter-diffusion of metals, J. Nucl. Energy. Part. A, Vol.11, pp.81–88, 1960.
[23] Swain, M., Singh, S., Basu, S., Gupta, M., Effect of interface morphology on intermetallics formaito upon.annealing of Al-Ni multilayer, J,alloys. Compd, Vol.576,pp. 257-261, 2013.
[24] Qiu, X., Wang, J., experimental evidence of two-stuge formation of Al3Ni in reactive Ni/Al multilayer foils, scripta. Mater, Vol.56 (12),pp.1055-1058, 2007.
[25]Hasaka,M.,morimara,T., Uchiyama,Y., Kondo,S., Watanabe, Histsune.K, diffusion of copper, aluminum and boron in nickel, Acta metal, Vol.22.pp.959-962, 1993.
[26] Zhu, P., Li, J.C.M., Liu, C.T., Adiabatic temperature of combustion synthesis of Al–Ni systems, Mater. Sci. Eng. A, Vol.357, pp.248-257, 2003.
[27] Qian, J., Li, J., Xiong, J., Zhang, F.S., Lin, X., In situ synthesizing Al3Ni for fabrication of intermetallic-reinforced aluminum alloy composites by friction stir processing, Mater. Sci. Eng. A, Vol.550, ,pp.279-285, 2012.
[28] Sequeira, C.A.C., Amaral, L., Role of Kirkendall effect in diffusion processes in solids, Trans. Nonferrous, Metal, Soc. China, Vol.24(1), , pp.1-11, 2014.
[29] Mondolfo, L. F., Aluminum alloys: Structure and properties, London: Butterworths London, 1976.
[30] Evans, H.E., Lobb, R.C., Conditions for the initiation of oxide-scale cracking and spallation, Corr. Sci, Vol.24, pp.290-222, 1984
[31] Decker. R.F., Strengthening Mechanisms in Nickel-Base Superalloys, New York : International Nickel, 1970.