عنوان پایان‌نامه
تعدیل نانوساختار سطح A۱ در اثر کاشت یون +N با شار متفاوت و مقاومت در برابر خوردگی آنها
- رشته تحصیلی
- فیزیک- حالت جامد
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 73884;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 73884
- تاریخ دفاع
- ۲۸ بهمن ۱۳۹۴
- دانشجو
- رضوان کرمی
- استاد راهنما
- هادی سوالونی
- چکیده
- در این پایان نامه، بهبود سطح فلز آلومینیوم با کاشت یون ازت با شار¬های متفاوت برای تاثیر بر روند خوردگی آنها مورد مطالعه قرار گرفت. آلومینیوم و آلیاژهای آن، به لطف خواص عالی از قبیل رسانایی الکتریکی و حرارتی خوب، چگالی کم، انعطاف¬پذیری بالا، ماشین¬کاری خوب و مقاومت در برابر خوردگی بالا، به طور گسترده در صنعت خودرو، حمل و نقل هوایی، وسایل الکتریکی و بسیاری کاربردهای دیگر استفاده می¬شود. به همین دلیل، بررسی چگونگی خوردگی این فلز و روش¬های جلوگیری از آن، از اهمیت بالایی برخوردار است. برای بررسی مقاومت در برابر خوردگی فلز آلومینیوم، فرایند کاشت یون ازت بر روی سطح فلز آلومینیوم صورت گرفت. بررسی رفتار خوردگی آلومینیوم مرجع و نمونه¬های آلومینیومی کاشت یون شده با شار¬های متفاوت، با استفاده از سلول سه الکترودی و دستگاه پتانسیواستات مدل ivium state انجام شد. برای این کار از محلول 5/3 % نمک خالص، برای شبیه¬سازی با آب دریا و با تکنیک¬های پلاریزاسیون پتانسیودینامیک و نقش پراش¬نگاری امپدانس الکتروشیمیایی انجام شد. برای مطمئن شدن از تشکیل لایه نازک نیترید آلومینیوم بر روی سطح نمونه¬ها و بررسی درجه بلوری آنها، از آنالیز نقش پراش XRD استفاده شد. قبل از اینکه نمونه¬ها تحت فرایند خوردگی قرار گیرند، از آنها تصاویر AFM گرفته شد و بررسی مورفولوژی سطح نمونه¬های کاشت یون شده، بهبود سطح فلز آلومینیوم را در اثر کاشت یون ازت، نشان داد. بعد از انجام فرایند خوردگی، از نمونه¬ها، تصاویر FESEM گرفته شد. تصاویر حاصل از آنالیز FESEM نمونه¬های کاشت یون شده و مقایسه آنها با آلومینیوم مرجع، بهبود در برابر خوردگی فلز آلومینیوم را نشان داد. با افزایش میزان شار فرودی یون ازت، روند بهبود در برابر خوردگی افزایش یافت. تست EIS و شبیه¬سازی مدار معادل الکتریکی منحنی¬های نایکوئیست، برای نمونه آلومینیومی مرجع و نمونه¬های آلومینیومی کاشت یون شده با شارهای متفاوت انجام شد و فیزیک درگیر در فرایند خوردگی نمونه¬ها، تحلیل و ارائه شد. طبق نتایج گزارش شده، اندازه امپدانس افزایش پیدا کرده و در نتیجه، مقاومت در برابر خوردگی با افزایش شار فرودی یون ازت، افزایش چشم¬گیری داشته است. آنالیز داده¬های بدست آمده، سازگاری بسیار خوبی را بین نتایج تجربی و شبیه¬سازی مدارهای الکتریکی معادل، نشان داد. همچنین، شبیه¬سازی فرایند کاشت یون با نرم¬افزار SRIM-TRIM انجام شد و داده¬های مربوط، گزارش شد. کلمات کلیدی: خوردگی (Corrosion)، کاشت یون (Ion Implantation)، آلومینیوم (Aluminum)، نقش پراش¬نگاری امپدانس الکتروشیمیایی (Electrochemical impedance espectroscopy) ، مدار معادل Equivalent circuit)).
- Abstract
- This work aims to study aluminum surface improvements using nitrogen ion implantation with different fluxes to investigate the effect of corrosion process. Aluminum and its alloys, due to their excellent properties, e.g., electrical and thermal conductivity, low density, high flexibility, proper machinability and high resistance to corrosion, are widely used in automotive and aerial transportation industries as well as electronic devices and many other applications. Therefore, investigation of the corrosion process and methods of prevention are of high importance. To study the corrosion resistance, the process of nitrogen ion implantation was performed on aluminum surface. The corrosion behavior of the reference aluminum sample and implanted samples with different ion fluxes were carried out using three-electrode cells and a potentiostat of IviumStat model. To simulate seawater, 3.5% salt solution was used along with potentiodynamic polarization and electrochemical impedance spectroscopy techniques. X-Ray Diffraction (XRD) analysis was used to ensure formation of a thin aluminum nitrate layer on samples surfaces and to study their degree of crystallization. The samples surface morphologies were captured using Atomic-force microscopy (AFM) technique before undergoing the corrosion process. Morphologic examination of the ion-implanted samples showed improvements in aluminum surface. Field Emission Scanning Electron Microscopy (FESEM) was then used to capture image of the samples after corrosion process. Analysis of FESEM images of ion-implanted samples showed improvements in corrosion resistance as compared with reference aluminum. Improvements in corrosion resistance increased as the nitrogen-ion flux increased. Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and simulation of equivalent electrical circuit of Nyquist plot was carried out for reference aluminum sample and ion-implanted samples under different fluxes as well as analysis and presentation of the physics involved in the sample corrosion process. According to the reported results, as a consequence of the increase in impedance, corrosion resistance increased significantly as the nitrogen-ion flux increased. Analysis of obtained data shows a good agreement between experimental results and results obtained from simulation of equivalent electrical circuits. Additionally, simulation of ion implantation was performed using SRIM-TRIM, and the relevant data were reported.
