21596

21596

بررسي اثر زبري سطح و لايه ي مياني سيليكايي بر خواص مكانيكي و فتوكاتاليستي پوشش هاي نانوساختار تيتانيا اعمال شده بر روي فولاد زنگ نزن 304

كارشناسي ارشد

شناسايي و انتخاب مواد

92-95

آبان 1395

دكتر فرهاد گلستاني فرد - دكتر عليرضا ميرحبيبي

مواد و متالورژي

در اين تحقيق، با استفاده از روش سل ژل و به وسيله¬ي غوطه وري درون سل، پوشش تيتانيايي باهدف فعاليت فتوكاتاليستي برروي زيرلايه فولاد زنگ نزن304 ايجاد شد و در محدوده 400 تا 600 درجه سانتي گراد كلسينه شد. به منظور شناسايي تركيب فازي پوشش¬ها از نمونه¬ها آناليز اشعه ايكس و آناليز اشعه ايكس با زاويه كم نيز گرفته شد. به منظور افزايش ضخامت پوشش¬ها با هدف افزايش فعاليت فتوكاتاليستي سل¬هايي با غلظت¬هاي متفاوت تهيه و برروي زيرلايه فولادي نشانده شد و براي بررسي ضخامت پوشش¬ها از آزمون اليپسومتري بهره گرفته شد. همچنين براي افزايش چسبندگي پوشش¬ها روي زيرلايه، ورقه¬هاي فولادي قبل از اعمال پوشش تحت عمليات زبري مكانيكي توسط سمباده و شن¬پاشي قرار گرفتند. همچنين براي بررسي خواص نوري پوشش¬ها و ريزساختار آن¬ها به ترتيب از آزمون DRS و ميكروسكوپ الكتروني روبشي – گسيل ميداني استفاده شد. به منظور بررسي خواص فتوكاتاليستي پوشش¬ها، تجزيه محلول متيلن بلو توسط آن¬ها زيرتابش نور مريي و فرابنفش اندازه گيري شد. سپس چسبندگي و خواص مكانيكي پوشش¬ها نيز با استفاده از ازمون pull-off مورد ارزيابي قرار گرفت. همچنين براي بهبود خواص فتوكاتاليستي پوشش¬ها و نيز بهبود چسبندگي آن¬ها به زيرلايه فولادي از لايه واسط سيليكايي بهره گرفته شد، كه اين لايه به روش كندوپاش روي زيرلايه فولادي اعمال شد. و سپس تمامي خواص همانند قبل مورد بررسي قرار گرفتند. نتايج آزمايش¬ها نشان داد كه پوشش¬هاي نانوساختار تيتانيا با ريزساختاري يكنواخت و با ضخامت ¬هاي 80 تا220 نانومتر برروي زيرلايه فولادي تشكيل شده اند. زبركردن زيرلايه تا 2 ميكرون منجر به ريزشدن اندازه دانه¬هاي اين پوشش¬هاي تيتانيايي شده و در نتيجه منجر به بهبود خواص فتوكاتاليستي آن¬ها مي¬شود. اين درحالي است كه در زبري ¬هاي بيش از 2 ميكرون تاثير منفي در فعاليت فتوكاتاليستي پوشش ديده شد. نمونه ¬هاي زبر شده تا حداكثر 8 درصد باعث بهبود فعاليت فتوكاتاليستي شده است. همچنين چسبندگي پوشش به زيرلايه در نمونه¬ اوليه از 1/05 به 3/79 مگاپاسكال در نمونه¬هاي زبر رسيده است. همچنين حضور لايه مياني سيليكا باعث بهبود 18درصدي در خواص فتوكاتاليستي پوشش تيتانيايي و كاهش چشمگير ترك¬ها در سطح اين پوشش شده است.

1398/05/11

Investigation on Influence of Substrate Roughness and Presence of SiO2 Barrier Layer on Mechanichal and Photocatalytic Properties of Nanostructured TiO2 Coating Applied on 304 Stainless Steel

8/2/2019 12:00:00 AM

Abstract: Photocatalysis is a promising solution for purifying air and water from pollutants, yet more efficient photocatalytic materials are needed. Titania coatings are synthesized via sol¬-gel method applying by dip coating on 304 stainless-steel substrates processed by grinding and polished to different degrees of roughness. The influence of substrate roughness on the morphology and physical properties of deposited films was studied. Textures produced by grinding with roughness Ra ranging from 0.2 to 4.43 µm had a modest effect on the film integrity which manifested in farctures developed in the texture depression. Higher roughness up to a certain point resulted in higher photocatalytic activity of crystalline films when tested in methylene blue decomposition. The obtained coatings are systematically characterized in terms of microstructure using such techniques as field-emission scanning electron microscopy (FE-SEM). The Titania powder and films were charectrized by Conventional and Grazing incidence X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), Ellipsometry and diffuse reflectance spectroscopy (DRS). Photo-activity was charectrised by using methylene blue (MB) discoloration tests under UV and visible illumination. Further more, mechanical properties and adhesion of the films was evaluated using Pull-Off test. Pull-off test demonstrated that films with strong adhesion have been formed on stainless steel substrate with higher roughness due to its mechanical anchors with the underlayer ups and downs. An approach is proposed in this study for enhancing the photoactive and photoelectrical properties of anatase TiO2 films by applying an intermediate SiO2 film between the TiO2 film and the stainless steel substrate. SiO2 layers deposited using DC magnetron sputtering were investigated as possible barrier layers to prevent diffusion of substrate components into the TiO2 films. However, the presence of the SiO2 barrier layers significantly reduced ion diffusion into the TiO2 film and consequently also improved the photocatalytic activity of the samples.