عنوان پایان‌نامه
بررسی مکانیزم رفتگی-خوردگی آلیاژ برنج آلومینیم و تاثیر افزودنی نیکل
- رشته تحصیلی
- مهندسی متالورژی و مواد
- مقطع تحصیلی
- دکتری تخصصی PhD
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: TN 1217;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 70296
- تاریخ دفاع
- ۰۹ شهریور ۱۳۹۴
- دانشجو
- مرتضی عابدینی
- استاد راهنما
- حمیدرضا قاسمی منفردراد
- چکیده
- هدف این تحقیق بررسی مکانیزم رفتگی-خوردگی و تاثیر متقابل و همزمان دو پارامتر سایش رفتگی و خوردگی الکتروشیمیایی در میزان تخریب آلیاژ برنج آلومینیم است. استفاده از روش نویز الکتروشیمیایی در مطالعه رفتگی-خوردگی نیز از اهداف این تحقیق است. تاثیر افزودنی نیکل بر نرخ رفتگی-خوردگی آلیاژ نیز مورد بررسی قرار می گیرد. آلیاژهای برنج آلومینیم پایه و آلیاژهای حاوی یک و دو درصد وزنی نیکل بعد از ریخته گری، تحت عملیات حرارتی قرار گرفتند. جهت انجام آزمون های رفتگی-خوردگی دستگاه جت برخوردی طراحی و ساخته شد. آزمون ها در محلول NaCl 5/3% حاوی ذرات ماسه SiO2 با اندازه µm 500-250 انجام شد. آزمون ها در سرعت های برخورد 3، 6 و 9 متر بر ثانیه، زوایای 20 تا 90 درجه و غلظت های ماسه صفر تا 90 گرم بر لیتر انجام شد. رفتار خوردگی آلیاژ در حین رفتگی-خوردگی نیز با استفاده از روش¬های پلاریزاسیون، امپدانس و نویز الکتروشیمیایی مورد بررسی قرار گرفت و پارامترهای هم افزایی بین رفتگی و خوردگی محاسبه شد. در نهایت سطوح رفتگی و رفتگی-خوردگی با استفاده از میکروسکپ الکترونی روبشی و دستگاه زبری سنج مطالعه شد. آزمون پلاریزاسیون آلیاژ برنج آلومینیم در محلول ساکن 5/3% NaCl بیانگر کاهش جریان شاخه آندی با افزایش پتانسیل بدلیل تشکیل محصولات خوردگی عمدتا کلریدی روی سطح بود. در آزمون های رفتگی-خوردگی، این کاهش در جریان حتی در سرعت پایین m/s 3 در شرایط بدون ذرات ساینده نیز مشاهده نشد که نشان دهنده مقاومت پایین این محصولات کلریدی در شرایط رفتگی-خوردگی است. نتایج آزمون های رفتگی-خوردگی نشان داد که بیشینه نرخ رفتگی و رفتگی-خوردگی تحت سرعت های مختلف برخورد در زاویه حدود 40 درجه اتفاق می افتد. آزمون های پلاریزاسیون و امپدانس در حین رفتگی-خوردگی در این شرایط بیانگر افزایش شش برابری نرخ خوردگی با افزایش زاویه برخورد از 20 به 90 درجه بود. این موضوع به افزایش تعداد برخورد، افزایش انرژی انتقال یافته از ذرات به سطح و در نتیجه کارسختی بالاتر سطح تحت زاویه 90 درجه نسبت داده شد. نتایج نشان داد که با افزایش سرعت و در نتیجه افزایش انرژی و فرکانس برخورد، نرخ رفتگی، رفتگی-خوردگی و خوردگی افزایش می یابد. هم افزایی مثبت در تمامی شرایط رفتگی-خوردگی بیانگر تاثیر عامل خوردگی در افزایش تخریب ناشی از سایش رفتگی بود. در شرایط رفتگی-خوردگی لایه محافظی که بتواند مقاومت ماده در برابر برخورد ذرات نسبت به رفتگی خالص را افزایش دهد تشکیل نشد که با آزمون امپدانس مورد بررسی قرار گرفت. بررسی پارامترهای هم-افزایی بین رفتگی و خوردگی نشان داد هر چند مقدار خوردگی الکتروشیمیایی آلیاژ برنج آلومینیم کمتر از 2% نرخ رفتگی-خوردگی بود، اما خوردگی از طریق هم افزایی می تواند نرخ رفتگی-خوردگی آلیاژ را تا پنج برابر نسبت به رفتگی خالص افزایش دهد. بررسی سطح نمونه ها تحت سرعت m/s 9، تشکیل الگوهای موجی شکل روی سطح در غلظت های زیاد ذرات و زوایای مایل را در شرایط رفتگی خالص نشان داد که افزایش میانگین زبری سطح را به همراه داشت. با انجام آزمون های نویز و محاسبه مساحت زیر سطح پیک های ناشی از برخورد ذرات، امکان بدست آوردن جریان خوردگی ایجاد شده در اثر برخورد ذرات مورد بررسی قرار گرفت. این نتایج نشان داد که در غلظت های کمتر از g/l 10 ذرات، روش نویز اطلاعات دقیق تری از خوردگی افزایش یافته در اثر برخورد ذرات نسبت به روش پلاریزاسیون ارائه می دهد. نتایج نشان داد که ارتفاع پیک ها یا جریان خوردگی ناشی از برخورد هر ذره روی سطح با افزایش سرعت برخورد و اندازه ذرات بدلیل افزایش انرژی برخورد افزایش می یابد. مقایسه رفتار رفتگی-خوردگی آلیاژهای حاوی 1% و 2% وزنی نیکل با آلیاژ پایه بیانگر عدم تاثیر وجود نیکل بر نرخ رفتگی-خوردگی آلیاژ برنج آلومینیم بود. این در حالی است که نتایج آزمون پلاریزاسیون نشان داد وجود نیکل می تواند نرخ خوردگی آلیاژ برنج آلومینیم در حین رفتگی-خوردگی را بیش از 50% کاهش دهد. کلمات کلیدی: رفتگی-خوردگی، برنج آلومینیم، پلاریزاسیون، امپدانس، نویز، سرعت برخورد، زاویه برخورد، غلظت ذرات، زبری سطح
- Abstract
- Erosion-corrosion mechanism of Al-brass alloy and the synergy effect between mechanical erosion and electrochemical corrosion during the erosion-corrosion was investigated. The electrochemical noise technique was used to study the corrosion rate of the alloy at low sand concentrations. Effect of nickel on the erosion-corrosion of Al-brass alloy was also studied. An erosion-corrosion test apparatus was designed and constructed. The slurry was 3.5% NaCl solution containing SiO2 particles with average size of 250-500 µm. The tests were carried out at jet velocities of 3, 6 and 9 m/s, impingement angles of 20-90° and sand concentrations of 0-90 g/l. The corrosion behavior of the alloys during erosion-corrosion was investigated using various electrochemical techniques including polarization, impedance and noise. The erosion and erosion-corrosion surfaces were characterized using scanning electron microscopy and a surface profilometer. A decrease in the corrosion current was observed in the anodic branch of the polarization curve of Al-brass in a stagnant 3.5% NaCl solution which was attributed to the formation of mainly chloride products on the surface. However, the anodic branches of the polarization curves showed no decrease in the current density during the erosion-corrosion even at a low jet velocity of 3 m/s under flow condition, i.e., without any erodent particle. This suggested a low durability of the chloride products on the surface of Al-brass alloy in the erosion-corrosion conditions. The erosion-corrosion results showed that the maximum erosion and erosion-corrosion rates were occurred at an impingement angle of about 40°. However, the polarization and impedance results indicated that the corrosion rate was increased by six times as the impingement angle increased from 20° to 90°. This was attributed to the higher energy transferred from the impacting particles to the surfaces and higher number of the impacts at higher impingement angles. The results also showed that an increase in the jet velocity could increase the erosion, erosion-corrosion and corrosion rates due to the higher energy and frequency of the impacts at higher jet velocities. Positive synergism was occurred at all erosion-corrosion conditions indicating that the corrosion media intensified the erosion mechanisms. The impedance results generally showed that protective layers were not formed on the surface of Al-brass in the erosion-corrosion conditions. The synergy parameters indicated that although the corrosion rate of the alloy was lower than 2% of the total erosion–corrosion rate, however, it could significantly increase the erosion–corrosion rate up to five times by affecting the erosion mechanisms. Some well-defined ripples were formed on the erosion surfaces at a jet velocity of 9 m/s, high sand concentrations and oblique angles that resulted in an increase in the average surface roughness. Comparing the electrochemical noise and the polarization results showed that at sand concentrations lower than 10 g/l the corrosion rate could be obtained with more accuracy using the noise technique. The current peak height or the erosion-enhanced corrosion of each particle impact was increased as the jet velocity and particle size increased due to the increase in the energy of the particles. Finally, the results showed that the addition of 1% and 2% nickel could not have significant effect on the erosion-corrosion rate of Al-brass alloy. However, the polarization curves of the Al-brass nickel alloys showed more than 50% decrease in the corrosion rate during the erosion-corrosion as compared with the base Al-brass alloy. Keywords: Al-brass, Erosion-corrosion, Polarization, Electrochemical impedance, Electrochemical noise, Jet velocity, Sand concentration, Impingement angle, Surface roughness.
