Ανάπτυξη επικαλύψεων Νικελίου Αλουμινίου με την μέθοδο χημικής εναπόθεσης ατμών στερεάς κλίνης
Creators: name: Κουρτίδου, Δήμητρα Αθανασίου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2017
Subjects: χημική εναπόθεσης ατμών στερεάς κλίνης
επικάλυψη
ηλεκτροχημική εναπόθεση
pack cementation
coating
electrodeposition

description: Στην παρούσα εργασία πραγματοποιήθηκε η ανάπτυξη μεταλλικών επικαλύψεων σε υποστρώματα βιομηχανικού χάλυβα με τον συνδυασμό της μεθόδου της ηλεκτροχημικής εναπόθεσης και της μεθόδου της χημικής εναπόθεσης ατμών στερεάς κλίνης, με σκοπό την ενίσχυση της αντιοξειδωτικής και αντιδιαβρωτικής συμπεριφοράς του χάλυβα. Η διάβρωση μεταλλικών κατασκευών που υφίστανται όταν το υλικό έρχεται σε επαφή με το περιβάλλον, ειδικά με το θαλασσινό νερό, η παρουσία του οποίου είναι έντονη στην Ελλάδα, επιφέρει σοβαρές οικονομικές και τεχνικές επιπτώσεις. Για την προστασία των μετάλλων και ειδικά του χάλυβα που συναντάται σε εξωτερικές κατασκευές, χρησιμοποιούνται ευρέως επικαλύψεις από υλικά με ανώτερες ιδιότητες. Το νικέλιο, το αλουμίνιο και τα κράματα τους θεωρούνται ιδανικά υλικά επικάλυψης καθώς χαρακτηρίζονται για την αντοχή τους σε έντονα οξειδωτικά περιβάλλοντα υψηλών θερμοκρασιών και θεωρούνται κατάλληλα για εφαρμογές τέτοιου είδους, καθώς και για τον μικρό ρυθμό διάβρωσης τους. Η τεχνολογία της ηλεκτροχημικής εναπόθεσης είναι ευρέως χρησιμοποιούμενη για την εναπόθεση επικαλύψεων, λόγω της απλότητας της διαδικασίας, της χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας, και της οικονομικότητας της σε συνδυασμό με τα υψηλής απόδοσης αποτελέσματα που προσφέρει. Η μέθοδος της χημικής εναπόθεσης ατμών στερεάς κλίνης (pack cementation) χαρακτηρίζεται για την απλότητα της και το χαμηλό της κόστος, ενώ χρησιμοποιείται και σε βιομηχανικό επίπεδο. Σε πρώτο στάδιο πραγματοποιήθηκε η ηλεκτροχημική εναπόθεση Ni σε υποστρώματα χάλυβα και μελετήθηκε η επίδραση του ηλεκτρολυτικού διαλύματος και της εφαρμοζόμενης πυκνότητας ρεύματος στη μορφολογία της επικάλυψης. Στην συνέχεια πραγματοποιήθηκε η εναπόθεση Al στην επιφάνεια των επινικελωμένων δειγμάτων, με την μέθοδο του pack cementation και εξετάστηκε η επίδραση της θερμοκρασίας και της διάρκειας της εναπόθεσης στην τελική επικάλυψη. Η μελέτη οξείδωσης και διάβρωσης πραγματοποιήθηκε σε επιλεγμένα δείγματα προσφέροντας έτσι ένα ικανοποιητικό εύρος αποτελεσμάτων. Τέλος, χρησιμοποιώντας τις ίδιες μεθόδους, επετεύχθη η ανάπτυξη νανοσύνθετων επικαλύψεων Ni και στη συνέχεια ακολούθησε η εναπόθεση Al κατ’ αναλογία με την προηγούμενη πειραματική διαδικασία, για μελλοντική μελέτη. Η μελέτη της δομής και η ταυτοποίηση των σχηματιζόμενων φάσεων πραγματοποιήθηκε με την χρήση ανάλυσης ακτίνων Χ (XRD), ενώ η παρατήρηση της μορφολογίας και η ανάλυση της χημικής σύνθεσης των δειγμάτων προσδιορίστηκαν με Ηλεκτρονική Μικροσκοπία Σάρωσης (SEM). Η εξέταση της συμπεριφοράς των δειγμάτων υπό υψηλές θερμοκρασίες σε περιβάλλον οξυγόνου και αζώτου επετεύχθη μέσω μη ισόθερμων μετρήσεων (TG) ενώ ο προσδιορισμός του ρυθμού διάβρωσης των δειγμάτων σε προσομοίωση θαλάσσιου περιβάλλοντος πραγματοποιήθηκε με ηλεκτροχημικές μεθόδους
description: This work investigates the deposition of metallic coatings on industrial steel substrates, with the combination of the electrochemical deposition and the pack cementation technique (CVD modification), to enhance the oxidation and corrosion resistance of steel. The corrosion of metal constructions that occurs when the material interacts with the environment, especially with seawater (the presence of which is keen in Greece), causes serious economic and technical consequences. For the protection of metals and especially of steel which is commonly found in exterior constructions, coatings of material with superior characteristics are widely used. Nickel, aluminum and their alloys are considered ideal coating materials for such applications as they are characterized by their strong resistance to high temperature oxidative environments and their low corrosion rate. Electrochemical deposition technology is widely used for the deposition of coatings, due to the simple process, low energy consumption and its low-cost procedure in combination with the high-quality results it offers. The Pack cementation technique is characterized by the simplicity and the low-cost process while it is commonly used in the industrial sector. The first step was the electrodeposition of Ni on the steel substrates and the investigation of the influence of the electrolytic solution and the applied current density on the morphology of the coating. Afterwards, Al deposition was carried out on the surface of selected nickel-plated samples by the pack cementation technique. The influence of the temperature and duration of the deposition in the final coatings was examined. The oxidation and corrosion examination was carried out on selected specimens, thus offering a good range of results. Finally, using the same experimental techniques, nanocomposite Ni coatings with graphene particles were developed on steel substrates followed by the deposition of Al correspondingly to the previous experimental procedure for future research. The examination of the structure and the identification of the formed phases was carried out using X-ray analysis (XRD) while the observation of the morphology and the analysis of the chemical composition of the samples were determined by Scanning Electron Microscopy (SEM). The examination of the behavior of the samples under high temperature oxidative environment was achieved by non-isothermal measurements (TG), while the study of the corrosion rate of the specimens in marine environment was performed by electrochemical evaluation
description: Σε συνεργασία με το Ινστιτούτο Τεχνολογίας Γκρενόμπλ (Γαλλία), το ΕΚΕΦΕ Δημόκριτος, και το CNRS (Centre National de la Researche Scientifique, Γαλλία)