Tribological Performance of Graphene Coating on Aluminum substrate via Spin-Coating

Bibliographic Details
Main Author: Wangmo, Tsering
Publication Date: 2024
Format: Master thesis
Language: eng
Source: Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)
Download full: https://hdl.handle.net/10316/118453
Summary: Dissertação de Mestrado Conjunto Europeu em Tribologia de Superfícies e Interfaces apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia
id RCAP_52a25b0feec04df686f5801aedd320bf
oai_identifier_str oai:estudogeral.uc.pt:10316/118453
network_acronym_str RCAP
network_name_str Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)
repository_id_str https://opendoar.ac.uk/repository/7160
spelling Tribological Performance of Graphene Coating on Aluminum substrate via Spin-CoatingDesempenho tribológico do revestimento de grafeno em substrato de alumínio via Spin-CoatingGrapheneSpin-CoatingCOFAluminiumPin-on-discGrafenoSpin-CoatingCoeficiente de atritoAlumínioPino-discDissertação de Mestrado Conjunto Europeu em Tribologia de Superfícies e Interfaces apresentada à Faculdade de Ciências e TecnologiaIn the present research work, Graphene solution (comprising 50% graphene ink and 50% ethanol) was spin coated onto an Aluminium substrate to investigate its tribological behaviour compared to bare Aluminium. The Graphene Ink is provided by the company, GRAPHNEST, and consists of fine Graphene nanoparticles dispersed in thermoplastic resin. The Graphene solution was deposited onto Aluminium discs by the Spin-coating method. The Aluminium substrates were prepared by using water-jet technique to cut them into discs. After polishing the discs with an 800 grit SiC paper, the discs were cleaned using ethanol. The Al disc was then placed onto the spin-coating platform. The Graphene coating was applied onto the Aluminium (Ra = 0.1758 µm) using a spin-coating machine custom built in the Department of Mechanical Engineering, University of Coimbra. The substrate was air-dried and the deposition was repeated twice for two more layers.The coefficient of friction (COF) was measured for varying loads and sliding speeds using a Pin-on-disc tribometer with point contact configuration (ball on flat). The tests were conducted in two ways: (a) under varying applied normal loads of 1 N, 2 N, 3 N and 5 N, at a constant sliding speed of 0.25 m/s, (b) at different sliding speeds of 0.05 m/s, 0.1 m/s, 0.17 m/s and 0.25 m/s under a constant applied normal load of 1 N. The sliding distance was constant for all tests prefacing 200 m and the relative humidity (RH %) was noted for each test to observe its effect on the coefficient of friction. To ensure the accuracy of the data obtained, each test was conducted three times and results were averaged across repetitions. Results indicated that for all the parameters tested, the Graphene coating decreases the COF by more than 70% compared to uncoated Aluminium. The samples were analysed using various characterisation techniques, including Optical Microscopy, Scanning Electron Microscopy (SEM), and Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDX). Using a Scanning Electron Microscope (Hitachi, SU3800) and Digital Microscope (Hirox, HR-5000), we performed surface and cross-sectional characterisation of the coated and uncoated samples. We used EDS (Bruker) to analyse the chemical composition of the samples. This study highlights the potential of graphene coatings in improving the wear resistance and overall durability of aluminium substrates, making them suitable for a variety of industrial applications.No presente trabalho de pesquisa, a solução de grafeno (compreendendo 50% de tinta de grafeno e 50% de etanol) foi revestida por rotação em um substrato de alumínio para investigar seu comportamento tribológico em comparação com o alumínio puro. A Tinta de Grafeno é fornecida pela empresa GRAPHNEST e consiste em finas nanopartículas de Grafeno dispersas em resina termoplástica. A solução de Grafeno foi depositada em discos de alumínio pelo método Spin-coating. Os substratos de alumínio foram preparados utilizando a técnica de jato de água para cortá-los em discos. Após o polimento dos discos com papel SiC grão 800, os discos foram limpos com etanol. O disco Al foi então colocado na plataforma de revestimento giratório. O revestimento de Grafeno foi aplicado sobre o Alumínio (Ra = 0,1758 µm) utilizando uma máquina de spin-coating construída sob medida no Departamento de Engenharia Mecânica da Universidade de Coimbra. O substrato foi seco ao ar e a deposição foi repetida duas vezes para mais duas camadas.O coeficiente de atrito (COF) foi medido para cargas variadas e velocidades de deslizamento usando um tribômetro pino sobre disco com configuração de contato de ponto (bola plana). Os testes foram conduzidos de duas maneiras: (a) sob diferentes cargas normais aplicadas de 1 N, 2 N, 3 N e 5 N, a uma velocidade de deslizamento constante de 0,25 m/s, (b) a diferentes velocidades de deslizamento de 0,05 m. /s, 0,1 m/s, 0,17 m/s e 0,25 m/s sob uma carga normal aplicada constante de 1 N. A distância de deslizamento foi constante para todos os testes anteriores a 200 m e a umidade relativa (% UR) foi anotada para cada teste para observar seu efeito no coeficiente de atrito. Para garantir a precisão dos dados obtidos, cada teste foi realizado três vezes e os resultados foram calculados em média entre as repetições. Os resultados indicaram que para todos os parâmetros testados, o revestimento de grafeno diminui o COF em mais de 70% em comparação com o alumínio não revestido. As amostras foram analisadas utilizando diversas técnicas de caracterização, incluindo Microscopia Óptica, Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e Espectroscopia de Raios X por Dispersão de Energia (EDX). Utilizando um Microscópio Eletrônico de Varredura (Hitachi, SU3800) e um Microscópio Digital (Hirox, HR-5000), realizamos a caracterização superficial e transversal das amostras revestidas e não revestidas. Utilizamos EDS (Bruker) para analisar a composição química das amostras. Este estudo destaca o potencial dos revestimentos de grafeno na melhoria da resistência ao desgaste e durabilidade geral dos substratos de alumínio, tornando-os adequados para uma variedade de aplicações industriais.2024-07-24info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesishttps://hdl.handle.net/10316/118453https://hdl.handle.net/10316/118453TID:203929390engWangmo, Tseringinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)instname:FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologiainstacron:RCAAP2025-03-28T23:00:21Zoai:estudogeral.uc.pt:10316/118453Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireinfo@rcaap.ptopendoar:https://opendoar.ac.uk/repository/71602025-05-29T06:12:36.995810Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP) - FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologiafalse
dc.title.none.fl_str_mv Tribological Performance of Graphene Coating on Aluminum substrate via Spin-Coating
Desempenho tribológico do revestimento de grafeno em substrato de alumínio via Spin-Coating
title Tribological Performance of Graphene Coating on Aluminum substrate via Spin-Coating
spellingShingle Tribological Performance of Graphene Coating on Aluminum substrate via Spin-Coating
Wangmo, Tsering
Graphene
Spin-Coating
COF
Aluminium
Pin-on-disc
Grafeno
Spin-Coating
Coeficiente de atrito
Alumínio
Pino-disc
title_short Tribological Performance of Graphene Coating on Aluminum substrate via Spin-Coating
title_full Tribological Performance of Graphene Coating on Aluminum substrate via Spin-Coating
title_fullStr Tribological Performance of Graphene Coating on Aluminum substrate via Spin-Coating
title_full_unstemmed Tribological Performance of Graphene Coating on Aluminum substrate via Spin-Coating
title_sort Tribological Performance of Graphene Coating on Aluminum substrate via Spin-Coating
author Wangmo, Tsering
author_facet Wangmo, Tsering
author_role author
dc.contributor.author.fl_str_mv Wangmo, Tsering
dc.subject.por.fl_str_mv Graphene
Spin-Coating
COF
Aluminium
Pin-on-disc
Grafeno
Spin-Coating
Coeficiente de atrito
Alumínio
Pino-disc
topic Graphene
Spin-Coating
COF
Aluminium
Pin-on-disc
Grafeno
Spin-Coating
Coeficiente de atrito
Alumínio
Pino-disc
description Dissertação de Mestrado Conjunto Europeu em Tribologia de Superfícies e Interfaces apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia
publishDate 2024
dc.date.none.fl_str_mv 2024-07-24
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/masterThesis
format masterThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv https://hdl.handle.net/10316/118453
https://hdl.handle.net/10316/118453
TID:203929390
url https://hdl.handle.net/10316/118453
identifier_str_mv TID:203929390
dc.language.iso.fl_str_mv eng
language eng
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)
instname:FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologia
instacron:RCAAP
instname_str FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologia
instacron_str RCAAP
institution RCAAP
reponame_str Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)
collection Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)
repository.name.fl_str_mv Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP) - FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologia
repository.mail.fl_str_mv info@rcaap.pt
_version_ 1833602615021142016

Similar Items