کاربرد روش سطح پاسخ در بهینه سازی ترکیب شیمیایی و سختی پوشش اکسید آلومینیمی ایجاد شده به روش پلاسمای الکترولیتی

الموضوعات : فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین

بابک قربانیان ¹ , محمد تجلی ² , سید محمد موسوی خوئی ³ , حسین توکلی ⁴

1 - دانشکده مهندسی مواد و متالورژی، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران.
2 - دانشکده مهندسی مواد و متالورژی، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران
3 - دانشکده مهندسی معدن و متالورژی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران.
4 - دانشکده مهندسی مواد و متالورژی، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران.

تاريخ الإرسال : 11 الجمعة , محرم, 1440 تاريخ التأكيد : 20 الأحد , شوال, 1440 تاريخ الإصدار : 19 السبت , شوال, 1440

الکلمات المفتاحية: اکسیداسیون به روش پلاسمای الکترولیتی, α-Al2O3, γ-Al2O3,

ملخص المقالة :

یکی از مهمترین روش های تولید مواد و پوشش های اکسیدی، اکسیداسیون به روش پلاسمای الکترولیتی (PEO) است. پوشش های ایجاد شده بر روی آلومینیم در روش PEO دارای دو آلتروپی α-Al2O3 و γ-Al2O3می باشند که پوشش های حاوی آلوتروپی α-Al2O3 دارای سختی و مقاومت به سایش بهتری هستند. بنابراین هدف اصلی تحقیق حاضر بهینه سازی آلوتروپی اکسید آلومینیم در جهت افزایش مقدار α-Al2O3 در پوشش ایجاد شده به روش PEO است. در تحقیق حاضر از آلومینیم 1050 به عنوان فلز پایه و از موادی چون هیدراکسید پتاسیم، پیروفسفات سدیم و آلومینات سدیم به عنوان موا تشکیل دهنده الکترولیت استفاده شده است. برای بهینه سازی داده ها از روش طراحی آزمایش RSM و به کمک نرم افزار Design Expert 7 استفاده شد که مقدار هیدراکسید پتاسیم، پیروفسفات سدیم و آلومینات سدیم متغیر های مستقل تحقیق و سختی و نسبت بلندترین پیک آلوتروپی α-Al2O3 به بلندترین پیک آلوتروپی γ-Al2O3 متغیر وابسته تحقیق هستند. نتایج تحقیق حاضر نشان میدهد که ترکیب الکترولیت بهینه در جهت ایجاد بیشترین مقدار فاز α-Al2O3 دارای 9/2 گرم بر لیتر KOH، 15/1 گرم بر لیتر پیروفسفات سدیم و 34/0 گرم بر لیتر آلومینات سدیم است که نسبت شدت پیک α-Al2O3 (در آزمون XRD) بر پیک γ-Al2O3 در حالت بهینه 622/0 و مقدار سختی 1648 ویکرز می باشد.

المصادر:

[1] Yerokhin, A. L., et al. "Plasma electrolysis for surface engineering." Surface and coatings technology 122.2-3 (1999): 73-93.

[2] Meletis, E. I., et al. "Electrolytic plasma processing for cleaning and metal-coating of steel surfaces." Surface and Coatings Technology 150.2-3 (2002): 246-256.

[3] Snizhko, L. O., et al. "Anodic processes in plasma electrolytic oxidation of aluminium in alkaline solutions." Electrochimica Acta 49.13 (2004): 2085-2095.   

[4] Krishna, L. Rama, K. R. C. Somaraju, and G. Sundararajan. "The tribological performance of ultra-hard ceramic composite coatings obtained through microarc oxidation." Surface and Coatings Technology 163 (2003): 484-490.           

[5] Sundararajan, G., and L. Rama Krishna. "Mechanisms underlying the formation of thick alumina coatings through the MAO coating technology." Surface and Coatings Technology167.2-3 (2003): 269-277.         

[6] Nie, Xie, et al. "Abrasive wear/corrosion properties and TEM analysis of Al2O3 coatings fabricated using plasma electrolysis." Surface and Coatings Technology 149.2-3 (2002): 245-251.

[7] Wang, L., and X. Nie. "Silicon effects on formation of EPO oxide coatings on aluminum alloys." Thin Solid Films 494.1-2 (2006): 211-218.         

[8] Yerokhin, Aleksey L., Viktor V. Lyubimov, and Roman V. Ashitkov. "Phase formation in ceramic coatings during plasma electrolytic oxidation of aluminium alloys." Ceramics International 24.1 (1998): 1-6.          

[9] Parfenov, E. V., et al. "Towards smart electrolytic plasma technologies: An overview of methodological approaches to process modelling." Surface and Coatings Technology 269 (2015): 2-22.     

[10] Hussein, R. O., et al. "Spectroscopic study of electrolytic plasma and discharging behaviour during the plasma electrolytic oxidation (PEO) process." Journal of Physics D: Applied Physics 43.10 (2010): 105203.        

[11] Kasalica, B., et al. "Electronic transitions during plasma electrolytic oxidation of aluminum." Surface and Coatings Technology 203.20-21 (2009): 3000-3004.

[12] Hussein, R. O., et al. "Spectroscopic study of electrolytic plasma and discharging behaviour during the plasma electrolytic oxidation (PEO) process." Journal of Physics D: Applied Physics 43.10 (2010): 105203.        

[13] Ghorbanian, B., and Mousavi Khoie. S. M., "Formation of vanadium carbide with the plasma electrolytic saturation method (PES) and comparison with Thermo Reactive diffusion method (TRD)." Acta Metallurgica Slovaca 22.2 (2016): 111-119.           

[14] Ghorbanian, B., and Mousavi Khoie, S. M.. "COMPARISON THE VANADIUM CARBIDE COATING CREATED VIA PLASMA ELECTROLYTIC SATURATION AND TERMO REACTIVE DIFFUSION." ACTA METALLURGICA SLOVACA 22.2 (2016): 111-119.       

[15] Gudyka, Sylwia, et al. "Enhancing the deN2O activity of the supported Co3O4| α-Al2O3 catalyst by glycerol-assisted shape engineering of the active phase at the nanoscale." Applied Catalysis B: Environmental 201 (2017): 339-347.         

[16] Azuaje, Jhonny, et al. "An efficient and recyclable 3D printed α-Al2O3 catalyst for the multicomponent assembly of bioactive heterocycles." Applied Catalysis A: General 530 (2017): 203-210.

[17] Schaper, H., and L. L. Van Reijen. "A quantitative investigation of the phase transformation of gamma to alpha alumina with high temperature DTA." Thermochimica acta 77.1-3 (1984): 383-393.           

[18] Han-Hua, Wu, et al. "Characterization of microarc oxidation process on aluminium alloy." Chinese physics letters 20.10 (2003): 1815.

[19] Bodaghi, M., et al. "Investigation of phase transition of γ-alumina to α-alumina via mechanical milling method." Phase Transitions 81.6 (2008): 571-580.    

[20]Khuri, André I., and Siuli Mukhopadhyay. "Response surface methodology." Wiley Interdisciplinary Reviews: Computational Statistics 2.2 (2010): 128-149.          

[21] Carley, Kathleen M., Natalia Y. Kamneva, and Jeff Reminga. Response surface methodology. No. CMU-ISRI-04-136. CARNEGIE-MELLON UNIV PITTSBURGH PA SCHOOL OF COMPUTER SCIENCE, 2004.       

[22] Dean, Angela, Daniel Voss, and Danel Draguljić. "Response surface methodology." Design and analysis of experiments. Springer, Cham, 2017. 565-614.

[23] Gunst, Richard F. "Response surface methodology: process and product optimization using designed experiments." (1996): 284-286.          

[24] Bezerra, Marcos Almeida, et al. "Response surface methodology (RSM) as a tool for optimization in analytical chemistry." Talanta 76.5 (2008): 965-977.

[25] Kleijnen, Jack PC. "Response surface methodology." Handbook of simulation optimization. Springer, New York, NY, 2015. 81-104.       

[26] Barton, Russell R. "Response surface methodology." Encyclopedia of Operations Research and Management Science. Springer, Boston, MA, 2013. 1307-1313.

[27] تدین سعیدی، م.، و قربانیان، ب.، "کاربرد روش سطح پاسخ در بهینه سازی ضخامت و سختی پوشش وانادیم کاربید ایجاد شده به روش پلاسمای الکترولیتی." فصلنامه علمی-پژوهشی مواد نوین 9.34 (1397): 111-1200.‎

[28] Ghorbanian, B., et al. "Investigation Of The Electrolyte Effects On Formation Of Vanadium Carbide Via Plasma Electrolytic Saturation Method (Pes)." Surface Review and Letters 23.04 (2016): 1650021.