[論文レビュー] Microstructure and properties of Cu-Sn-Zn-TiO2 Nano-composite coatings on mild steel

Weidong Gao, Di Cao+4 more|arXiv (Cornell University)|Dec 3, 2017

Metal and Thin Film Mechanics参考文献 26被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、電気化学的堆積法を用いて、溶接性鋼基体にCu-Sn-Zn-TiO2ナノコンposites被膜を形成し、TiO2ナノ粒子を添加することで機械的および腐食抵抗性を向上させた。1 g/LのTiO2添加により、微硬さは330 HVから383 HVに上昇し、腐食抵抗性も顕著に向上した。ナノ粒子強化が合金被膜に有効であることが示された。

ABSTRACT

Cu-Sn-Zn coatings have been widely used in industry for their unique properties, such as good conductivity, high corrosion resistance and excellent solderability. To further improve the mechanical performance of Cu-Sn-Zn coatings, powder-enhanced method was applied in the current study and Cu-Sn-Zn-TiO2 nano-composite coatings with different TiO2 concentration were fabricated. The microstructure of Cu-Sn-Zn-TiO2 nano-composite coatings were investigated by X-ray diffraction (XRD) and Scanning Electron Microscopy (SEM). The mechanical properties of coatings including microhardness and wear resistance were studied. The results indicate that the incorporation of TiO2 nanoparticle can significantly influence the properties of Cu-Sn-Zn coatings. The microhardness of Cu-Sn-Zn coating was increased to 383 HV from 330 HV with 1g/L TiO2 addition. Also, the corrosion resistance of coating was enhanced. The effects of TiO2 nanoparticle concentration on the microstructure, mechanical properties and corrosion resistance of Cu-Sn-Zn-TiO2 nano-composite coatings were discussed.

研究の動機と目的

• 産業用途向けにCu-Sn-Zn被膜の機械的および腐食抵抗性を向上させること。
• 異なる濃度のTiO2ナノ粒子が微細組織および性能に与える影響を調査すること。
• 粉末強化型電気堆積法を用いてナノコンposites被膜を製造する方法を開発すること。
• 得られた被膜の微硬さ、摩耗抵抗性および腐食抵抗性を評価すること。
• 性能を最大化するための最適なTiO2濃度を特定すること。

提案手法

• 溶接性鋼基体にCu-Sn-Zn-TiO2ナノコンposites被膜を電気化学的堆積法で作製した。
• 電解液に異なる濃度（0–1 g/L）のTiO2ナノ粒子を添加し、複合被膜を形成した。
• X線回折（XRD）を用いて被膜の結晶構造および相組成を分析した。
• 走査型電子顕微鏡（SEM）を用いて表面状態および微細組織を観察した。
• 標準的な機械的試験法を用いて微硬さおよび摩耗抵抗性を測定した。
• 腐食抵抗性は電気化学的技術を用いて評価した。その結果、性能が向上したことが示された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 TiO2ナノ粒子の添加がCu-Sn-Zn被膜の微細組織に与える影響は何か？
• RQ2 微硬さおよび摩耗抵抗性を最大化するためのTiO2ナノ粒子の最適濃度は何か？
• RQ3 TiO2の添加がCu-Sn-Zn被膜の腐食抵抗性に与える影響は何か？
• RQ4 TiO2濃度とナノコンポジット被膜の機械的特性との関係は何か？
• RQ5 粉末強化型電気めっき法は、均一で耐久性のあるナノコンポジット被膜を効果的に製造できるか？

主な発見

• 1 g/LのTiO2ナノ粒子添加により、Cu-Sn-Zn被膜の微硬さは330 HVから383 HVに上昇した。
• TiO2ナノ粒子の添加により、被膜の摩耗抵抗性が顕著に向上した。
• 電気化学的分析により、TiO2添加により被膜の腐食抵抗性が向上したことが確認された。
• XRDおよびSEM分析により、TiO2ナノ粒子の存在およびCu-Sn-Znマトリックス内での均一な分散が確認された。
• 最適なTiO2濃度では、微細組織が細粒化され、孔隙率も低減された。
• 1 g/LのTiO2で最高の性能が達成され、この濃度を超えると飽和効果が見られた。