Electrolytic co-deposition of carbon nanoparticles with metals, improvement of corrosive and mechanical properties

Abstract

Bu çalışmanın ana fikri elektrolitik birlikte kaplama sistemi ile krom-karbon siyahı kompozit kaplamaların üretilmesi ve ilave ısıl işlemler ile metal-seramik kompozit yapıların elde edilmesidir. Burada ilave ısıl işlemler, yerinde faz dönüşümlerinin gerçekleştirilmesi için amaçlanmıştır. Sözü edilen kompozit yapılar, nano/mikron altı boyutta karbon siyahı partiküller içeren sülfürik asit bazlı çözeltilerde kaplanmıştır. Krom matriks kompozit kaplamalarda karbür faz dönüşümü üzerine ısıl işlemin etkisi ile bunların korozyon ve mekanik davranışları araştırılmıştır. Elde edilen sonuçlar göstermiştir ki; krom-karbon kompozit kaplamalar bu teknikle başarılı bir şekilde üretilebilmektedir ve ilave ısıl işlemlerle krom-krom karbür ve/veya krom nitrür kompozit yapıların çelik altlıklar üzerinde oluşturulması mümkündür. Kaplamalar, geleneksel sert krom kaplamalarla karşılaştırılmıştır. Elektrokimyasal davranışları göz önünde bulundurulduğunda; bir anlamda onarılmış, çatlaksız mikro yapıya sahip olan, azot atmosferinde 800oC?de ısıl işlem görmüş krom-karbon siyahı kompozit kaplamaların geleneksel sert krom yapılara nazaran daha iyi bir korozif direnç gösterdikleri belirlenmiştir. Burada; korozyon direncinin artmasına karşılık gelen korozyon potansiyelindeki yükseliş, krom karbür/krom nitrür oluşumu ile açıklanmıştır. Karbür ve nitrür fazlar oluşturulan kompozit kaplamalarda sertlik ve elastisite modülü gibi karakteristik özellikler belirlenmiş, sözü edilen faz dönüşümlerinin malzemeye ait sürtünme-aşınma karakteristiğinde ve altlık-kaplama ara yüzey uyumunda önemli derecede iyileşmeyi tetiklediği gözlemlenmiştir. Detaylı incelemelerle, bu nihai sonuçların temelde yapıdaki kalıntı gerilmelerin büyüklüğü ve yönü ile doğrudan ilişkili olduğu tespit edilmiştir. Elde edilen tüm mükemmel sonuçlar, krom matriks-karbür ve/veya nitrür takviyeli kompozit kaplamaların endüstriyel alanda birçok açıdan potansiyel uygulamalar bulacağının göstergesidir. Main idea of this study is to fabricate chromium-carbon black composite coatings by electro-codeposition system and to obtain metal-ceramic composite structures with additional heat-treatments. These heat-treatments were aimed to realize in-situ phase transformations. The composite structures referred were electro-codeposited in sulfuric acid based solutions containing nano/submicron sized carbon black particles. The effect of heat-treatment conditions on the in-situ carbide phase formation in the chromium matrix composite coatings, and their corrosion and mechanical behaviors were investigated. The obtained results showed that the chromium-carbon composite coatings can be fabricated successfully by this technique and with an additional heat-treatment; it is possible to obtain a chromium-chromium carbide and/or chromium nitride composite structure on steel substrates. The coatings were compared with respect to the conventional hard chromium coatings. In regard to the electrochemical behavior, the chromium-carbon black composite coatings heat-treated under nitrogen atmosphere at 800oC showing a rehabilitated crack-free microstructure, exhibited better corrosion resistance than the conventional hard chromium structures. Therefore, the increase in corrosion potential suggests improvement of corrosion resistance due to the formation of chromium carbide/chromium nitride. Characteristic properties such as hardness and modulus of elasticity were determined for carbide and nitride formed composite coatings. It was observed that the following phase transformations support the recovery of friction-wear characteristics and accordance of substrate-coating interface belonging to the material. According to the detailed inspections, it was assigned that the definite results are directly correlate with both the magnitude and the direction of the residual stresses. All the excellent results obtained implies that the chromium matrix-carbide and/or nitride reinforced composite coatings have potential application to industrial fields in many respects