Deposition of Nickel on Carbon Materials by Electroless Deposition and Electrodeposition
Karbon Malzemelere Elektrolitik ve Elektrodepozisyon Yöntemleri ile Nikel Kaplama
- Tez No: 975444
- Danışmanlar: DOÇ. DR. XİANGHUİ HOU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Akımsız kaplama, Elektrokaplama, Nikel kaplama, Yüzey kaplama, Electroless coating, Electroforming, Nickel plating, Surface coating
- Yıl: 2017
- Dil: İngilizce
- Üniversite: The Unıversıty Of Nottıngham
- Enstitü: Yurtdışı Enstitü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme ve İmalat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Malzeme Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Özet Düşük hava sıcaklıklarında uçakların yüzeylerinde buz oluşumu gözlenir. Ayrıca, havada nem varsa, dış ortam sıcaklığı donma noktasının üstünde bile olsa, uçağın yüzeyinde buz oluşabilir. Bu buzlanma sorununu aşmanın bir yolu olarak, uçağın yüzeyinde elektro termal ısıtma yöntemi kullanılabilir. Bu durumda, uçakların yüzeyinde elektrik iletken bir yüzey sağlamak için nikel, elektriksiz kaplama ve elektrokaplama yoluyla karbon malzemelere çöktürülür. Bu şekilde elektro-termal ısıtma, uçaklardaki buzlanmayı engellemek için uygulanabilir. Bu çalışmanın amacı, karbon malzemelerin levha direncini azaltmak, ağırlığı çok fazla artırmadan daha iyi bir elektrik iletken yüzey elde etmektir. Bu projede, elektrokaplama ve elektriksiz kaplama olmak üzere iki kaplama tekniği incelenmiştir; pH, sıcaklık, zaman, indirgeyici madde ve akım yoğunluğu gibi çeşitli parametrelerle. Ayrıca, grafit, karbon fiber kumaş ve karbon nanotüp gibi üç karbon esaslı malzeme kullanılmıştır. Daha iyi çökeltme tekniğini bulmak için grafit örneği, optimum çökeltme parametrelerini belirlemek için karbon fiber örneği ve son olarak, seçilen tekniği ve parametreleri uygulamak için karbon nanotüplerle kaplanmış cam levha kullanılmıştır. Deney süreci, arıtma ile başlar. Grafit örnekleri için nitrik asit işlemi yapılırken, karbon fiber ve CNT örnekleri için yüksek hassasiyetlerinden dolayı aseton temizliği yapılır. Daha sonra elektriksiz kaplama için, nikelin indirgendiği aktif yüzeyleri elde etmek için iki aşamalı ön işlem yapılmıştır. Daha sonra seçilen teknikler ve parametrelerle hazırlanan örnekler çöktürülmüştür. Çökeltme işleminden sonra, CNT'ler için 4 nokta prob yöntemi ve karbon fiber kumaşları için multimetre ile elektrik iletkenliği ölçümleri yapılmıştır. Mikroyapı karakterizasyonu taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile yapılmış, faz ve element analizleri X-ışını kırınımı (XRD) ve enerji dağılımlı X-ışını (EDX) ile yapılmıştır. Sonuçlar, grafit örneklerinde daha homojen kaplamanın elektriksiz kaplama ile sağlandığını göstermektedir. Ve kaplama tabakasının kontrolü, daha düşük çökeltme hızı nedeniyle elektriksiz kaplama daha kolaydır. Tüm yüzeyler için verimli elektrik iletkenliği için çökeltme tabakasının homojenliği önemlidir. Ardından elektriksiz kaplama, karbon fiber kumaşlarına uygulandı. Oda sıcaklığından 70 ˚C'ye yükseldikçe elektrik direncinin 5 Ω'den 0,5'e düşebileceği bulunmuştur. Ayrıca, yüksek sıcaklık çöktürmeleri ile daha homojen çökeltme elde edilebilir. Diğer bir sonuç ise zaman uzadıkça, elektrik direncinin de katalizör tohumlarına daha fazla nikel çöktürülmesi ile azaldığıdır. Ayrıca, pH değeri ile elektrik direnci arasında zaman ve sıcaklık gibi doğrusal bir ilişki olmadığı gözlemlenmiştir. En düşük direnç pH 8.5'te elde edilirken, pH değeri arttıkça elektrik direnci artmakta ve pH 8.5'ten azalmaktadır. Son parametre, nikel iyonlarını nikel metaline indiren indirgeyici maddedir. Daha fazla indirgeyici ajanın daha fazla nikel iyonunu indirgeyerek daha düşük elektrik direnci sağladığı bulunmuştur. Sonra karbon nanotüpler, karbon fiber kumaş çökeltmelerinin sonuçlarından gelen seçilen parametrelerle elektriksiz kaplama ile nikel ile kaplanmıştır. Yüksek sıcaklık ve uzun çökeltmelerin her ikisinin de daha fazla nikel indirgenmesi sağladığı bulunmuştur. Ayrıca, sıcaklığın nikel çökeltmesi üzerinde zaman kadar etkili olduğu gözlemlenmiştir. Ancak, özellikle yüksek sıcaklık kaplama katmanlarında nikel kaplı CNT'lerde bir ayrılma problemi olduğu gözlemlenmiştir. Deneylerin sonunda, nikel kaplı karbon fiber kumaş için ısıtma testi yapılmıştır. Isıtma testinin sonuçlarına göre, bunlar elektro termal ısıtıcı olarak kullanılabilir
Özet (Çeviri)
Summary Under low air temperatures an ice accumulation forms on the aircraft surfaces. Moreover, if there is a moisture in the air, even outdoor environment temperature higher the freezing point, ice can form on the surface of aircraft. To overcome the this icing problem, electro- thermal heating method can be used on the surface of aircraft. In this case nickel is deposited on carbon materials by electroless deposition and electro deposition to provide an electrical conductive surface on aircrafts. By this way electro-thermal heating can be applied to inhibit the icing on aircrafts. The aim of this study is to decrease the sheet resistance of carbon materials, to get better electrical conductive surface without much increase in weight. In this project, there are two deposition techniques were studied electrodeposition and electroless deposition with various parameters; pH, temperature, time, reducing agent and current density. Also, three carbon based materials; namely graphite, carbon fibre cloth and carbon nanotubes were used. Graphite sample, to find out better deposition technique, carbon fibre sample, to decide the optimum deposition parameters, and finally glass sheet spraying with carbon nanotubes, for applying the selected technique and parameters, were used. The following experimental procedure start with the purification. Nitric acid treatment was done for graphite samples while acetone cleaning was done for both carbon fibre and CNT samples due to their high sensitivity. Then for electroless deposition, there was two-step pre-treatment, sensitization with tin (II) chloride (Sn Cl2)/ hydrochloric acid (HCl) and activation with palladium (II) chloride(PdCl2)/ hydrochloric acid (HCl), done to get active sides which nickel is reduced. Then prepared samples were deposited by selected techniques with selected parameters. After the deposition, electrical conductivity measurements were performed by 4-point probe method for CNTs and multimeter for carbon fibre cloths. The microstructure characterisation was done by scanning electron microscope (SEM), phase and elemental analyses were done by X-Ray diffraction (XRD) and energy dispersive X-Ray (EDX). The results show that more uniform deposition is provided on graphite samples with electroless deposition. And controlling of the deposition layer is easier in electroless deposition because of the lower deposition rate. The uniformity of deposition layer is important for efficient electrical conductivity for all surface. Then electroless deposition was applied on carbon fibre cloths. It is found that electrical resistance could be decreased from 5 Ω to 0.5 with the increasing temperature from room temperature to 70 ˚C. More over more uniform deposition can be obtained with high temperature depositions. The other result is that as the time prolonged, electrical resistance also decreases with more nickel deposition on catalyst seeds. Additionally, it is observed that no linear relationship between pH value and electrical resistance as like as time and temperature. While the lowest resistance is obtained at pH 8.5, electrical resistances increase as the pH is increased and decreased from pH 8.5. The last parameter is reducing agent which reduces the nickel ions to nickel metal. It is found that more reducing agent reduced more nickel ions and provides lower electrical resistances. Then carbon nanotubes are coated with nickel by electroless deposition and with selected parameters coming from the results of carbon fibre cloth depositions. It is found that high temperature and long depositions both provides more nickel reduction. Additionally, temperature has a more effective impact than time on the nickel deposition. However, there is a delamination problem on the nickel coated CNTs, especially on high temperature coating layers. At the end of the experiments, heating test is carried for nickel coated carbon fibre cloth. According to the results of heating test, they can be used as an electro-thermal heater.
Benzer Tezler
- Nitrürleme ve akımsız Ni-P ile ınconel 625 kaplamanın yüzey özelliklerinin geliştirilmesi
Improvement of surface properties of inconel 625 coatings by nitriding and electroless Ni-P
RAMAZAN HALDUN TOPÇU
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Makine MühendisliğiBilecik Şeyh Edebali ÜniversitesiMakine ve İmalat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HARUN MİNDİVAN
- Grafen nano partikül ilavesinin akımsız nikel bor kaplamaya etkisi
Effect of graphene nanoplatelets addition on electroless nickel boron coating
ÇAĞDAŞ ÇAY
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TURGUT GÜLMEZ
- Akımsız kaplama yöntemiyle Ni-B-TiO2 kompozitlerinde tribolojik özelliklerin geliştirilmesi
Improvement of tribological properties in Ni-B-TiO2 composites by electroless coatings method
OSMAN HARDAL
Yüksek Lisans
Türkçe
2026
Metalurji MühendisliğiSakarya ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HATEM AKBULUT
- Grafen esaslı kompozit kaplamaların korozyon ve aşınma özellikleri
Corrosion and wear properties of graphene based composite coatings
KUBİLAY KILIÇÇI
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Metalurji MühendisliğiSakarya ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET UYSAL
- Havacılık ve uzay uygulamalarına yönelik nikel kaplı karbonfiber üretimi ve karakterizasyonu
Nickel coated carbonfiber production and characterization for aerospace applications
CANER ÇİNKA
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. NURİ SOLAK