مجله علوم و مهندسی خوردگی
سال هشتم شماره 2 (پیاپی 28، تابستان 1397)

امروزه پوشش های نانوکامپوزیت خود ترمیم شونده راه حل مناسبی برای حفاظت در برابر خوردگی زمینه های آلومینیومی هستند. در این پژوهش پوشش توابعی پایه سرامیکی تیتانیا - آلومینا- بنزوتریازول توسط فرآیند سل- ژل و روش غوطه وری و با استفاده از پیش ماده های آلکوکسیدی تترا بوتیل ارتوتیتانات و آلومینیوم تری سک بوتیلات به همراه ممانعت کننده بنزوتریازول با درصدهای مختلف و به صورت توابعی بر روی سطح آلومینیوم2024 اعمال گردیده است. سپس خواص فازی، ساختاری و مورفولوژی به ترتیب با استفاده از GIXRD، FESEM، AFM و EDS مورد بررسی قرار گرفته، همچنین رفتار خوردگی و خواص خودترمیم شوندگی پوشش توسط آزمون های امپدانس الکتروشیمیایی و پلاریزاسیون در محلول 5/3 درصد کلرید سدیم بررسی شده است. نتایج بیانگر تشکیل پوشش های تیتانیا، تیتانیا- آلومینا، تیتانیا- آلومینا-بنزوتریازول و توابعی به ترتیب با اندازه دانه های 28، 18، 23 و 20 نانومتر است که پوشش توابعی با جریان خوردگی6-10×19 میلی آمپر بر سانتیمتر مربع و مقاومت 174286 اهم در سانتیمتر مربع در مقایسه با پوشش های تیتانیا، تیتانیا- آلومینا و تیتانیا-آلومینا-بنزوتریازول که به ترتیب دارای مقاومت های 18937، 108469، 95762 اهم در سانتیمتر مربع می باشند، دارای بیشترین مقاومت به خوردگی همراه با نشان دادن رفتار خودترمیم شوندگی است.

در این پژوهش به بررسی تاثیر حفاظت کاتدی پالسی در مقایسه با حفاظت کاتدی اعمال شده به روش معمول برخوردگی و شرایط الکتروشیمیایی ایجادشده در زیرپوشش جداشده از فولاد خط لوله API X-52 پرداخته شده است. در این راستا تجهیز آزمایشگاهی که بتواند شرایط زیرپوشش را در اثر اعمال حفاظت کاتدی شبیه سازی نماید، طراحی و ساخته شد. کوپن هایی از فولاد خط لوله X-52 در ابعاد mm 5×10×20 تهیه شده و بافاصله 3 میلی متر در زیرپوشش جداشده که طول آن 20 سانتی متر تعیین شده بود، قرار داده شدند. تجهیز در داخل محلول شبیه سازی شده خاک قرار گرفت و پتانسیل حفاظتی mVSCE870- به دو روش حفاظت کاتدی پالسی و معمول در دهانه شیار اعمال گردید. درروش اعمال حفاظت کاتدی پالسی، پتانسیل حفاظتی با فرکانس های 1000، 5000 و 10000 هرتز به دهانه شیار اعمال گردید. نتایج نشان داد که در اثر اعمال حفاظت کاتدی به روش معمول، پتانسیل حفاظتی در فاصله 7 سانتی متری از دهانه شیار به شدت افت می کند و به مقادیر نزدیک پتانسیل مدارباز (OCP) می رسد. در حفاظت کاتدی به روش پالسی در فرکانس 10 کیلوهرتز برخلاف حفاظت کاتدی به روش معمول هیچ گونه افت پتانسیلی در زیرپوشش جداشده مشاهده نشد. درواقع گرادیان پتانسیلی که همواره در حفاظت کاتدی به روش معمول بین دهانه وانتهای پوشش جداشده وجود داشت، حذف گردید. همچنین، بررسی شرایط شیمیایی و الکتروشیمیایی ایجادشده در زیرپوشش جداشده نشان داد که با افزایش فرکانس پالس اعمال شده، محیط زیرپوشش جداشده از توزیع پتانسیل و pH یکنواخت تری در مقایسه با حفاظت کاتدی به روش معمول برخوردار می باشد.

در تحقیق حاضر ابتدا تاثیر غلظت ممانعت کننده ی 2-مرکاپتوبنزوتیازول بر رفتار خوردگی مس در محلول سدیم کلرید 3 % وزنی در دمای 25 درجه ی سانتی گراد با آزمون های طیف نگاری امپدانس الکتروشیمیایی و کاهش وزن بررسی گردید. در غلظت ppm90 راندمان بازدارندگی 34/99 و 93 % به ترتیب برای آزمون های طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی و کاهش وزن بدست آمد و این غلظت به عنوان غلظت بهینه مشخص گردید. همچنین آنالیز سطحی به وسیله ی میکروسکوپ الکترونی روبشی نتایج آزمون های خوردگی را تایید نمود. پس از آن به منظور بررسی تاثیر دما بر خوردگی مس و عملکرد ممانعت کننده ی 2-مرکاپتوبنزوتیازول بر ممانعت از خوردگی مس در محلول سدیم کلرید 3 % وزنی، آزمون طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی در غلظت بهینه و عدم حضور ممانعت کننده در دماهای 40، 55 و 70 درجه ی سانتی گراد صورت گرفت. نتایج افزایش تقریبا 10 برابری سرعت خوردگی مس در دمای 70 نسبت به دمای 25 درجه ی سانتی گراد را نشان داد. در انتها نیز مشخص گردید که ممانعت کننده ی 2-مرکاپتوبنزوتیازول در دماهای بالا نیز عملکرد بسیار خوبی در ممانعت از خوردگی مس نشان می دهد.

برای تهیه پوشش های مقاوم به خوردگی با خواص فیزیکی و چسبندگی مناسب و ایجاد لایه محافظتی قوی بر روی سطح فلز فولاد، ابتدا پلیمر پلی ارتوآمینوفنل و گرافن به روش شیمیایی تهیه شد. سپس نانوکامپوزیت پلی ارتوآمینوفنل/ گرافن حاوی 5 درصد گرافن تهیه شد. برای شناسایی، تعیین مورفولوژی، بررسی پایداری نانوکامپوزیت سنتز شده از تکنیکهای مختلفی مانند طیف سنجی زیر قرمز(FT-IR)، میکروسکوپ الکترونی روبشی(SEM)، آنالیز پایدار حرارتی (TGA) استفاده شده است. نتایج نشان می دهد که گرافن ساختار پوسته شده یا ورقه ای داشت. با استفاده از روش های قطبش تافل رفتار مقاومت در برابر خوردگی پوشش پلیمری و پوشش نانوکامپوزیت بر روی سطح فولاد و در محلول نمک سدیم کلرید 5/3 درصد اندازه گیری و با یکدیگر مقایسه شدند. نتایج حاصل نشان می دهد نانوکامپوزیت مقاومت خوردگی بیشتری نسبت به پوشش پلیمر خالص پلی ارتوآمینوفنل و نمونه بدون پوشش نشان می دهد، که می تواند به علت تشکیل پوشش مقاوم به خوردگی بر روی سطح فولاد در اثر افزایش گرافن به پوشش پلیمری باشد. فولاد پوشش یافته با پوشش پلی ارتوآمینوفنل نسبت به نمونه بدون پوشش جابجایی پتانسیل مثبتی حدود 212 mv در مقدار پتانسیل خوردگی و کاهش مقدار جریان خوردگی 1/54×10-6Acm-2را نشان می دهد. این پدیده به علت چسبندگی زیاد و اثر محافظتی موثر پوشش تهیه شده در ممانعت از رسیدن عوامل خورنده به سطح فلز مربوط است. فولاد پوشش یافته با نانوکامپوزیت جابجایی پتانسیل مثبت ترحدود 312 mv بیشتر از نمونه بدون پوشش و کاهش مقدار جریان خوردگی 1/64×10-6Acm-2 را نشان می دهد که کاهش قابل توجه در مقدار دانسیته جریان نسبت به سایر نمونه ها مشخص است.

ترکهای هیدروژنی به عنوان یک عامل کلیدی در زمینه تخریب خطوط لوله شناخته شده اند. بر اثر این نوع تخریب، اتم های هیدروژن آزاد شده از فرایند خوردگی بین سطح لوله و سولفید هیدروژن، روی سطح لوله انباشته شده و طی گذشت زمان به درون ساختار فولاد نفوذ کرده و در نواقص ساختاری مانند آخالها، مرزدانه ها، تله های هیدروژنی و نابجایی ها انباشته شده و در ترکیب با هم مولکول های گازی را شکل می دهند. این فرایند فشار زیادی ایجاد کرده و زمینه ساز شروع ترک هیدروژنی می شود. عوامل زیادی در شروع و انتشار این پدیده موثرند، مانند آخال های غیر فلزی، تله های هیدروژنی، جهت گیری دانه ها و نوع مرزدانه ها. طی سال های اخیر محققین توانسته اند با روش کنترل بافت و مهندسی مرزدانه تا حد زیادی مقاومت فولاد به ترک هیدروژنی را افزایش دهند. در این مقاله سعی شده است با استفاده از نتایج حاصل از مقالات روز دنیا به تشریح مکانیزم ترکهای هیدروژنی و عوامل تاثیر گذار در این زمینه، پرداخته و روش های کارآمد برای افزایش مقاومت فولاد به این نوع ترک بیان گردد.

در این پژوهش تاثیر نفوذ هیدروژن بر روی ریزساختار، رفتار خوردگی و میزان تشکیل و گسترش حفرات در فولاد زنگ نزن سوپر دوفازی UNS S32750 و مقاطع جوشکاری شده آن در محلول سدیم کلرید 5/3% وزنی بررسی شد. به این منظور نمونه های ساده و جوشکاری شده تهیه شد و به مدت 160 ساعت در دمای اتاق در محلول سدیم کلرید 5/3% در پتانسیل mV (SCE)1300- تحت شارژ کاتدی قرار گرفتند. برای بررسی میزان تشکیل و گسترش حفرات و تاثیر نفوذ هیدروژن بر آن، نمونه ها به مدت 160 ساعت یک بار قبل و یک بار بعد از شارژ کاتدی به صورت پتانسیواستاتیک در پتانسیل mV(SCE) 800 قرار گرفتند. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی نیز از مقاطع شکست تهیه گردید. نتایج حاصل از آزمون کشش نشان می دهد، نفوذ هیدروژن در فولاد زنگ نزن سوپر دوفازی UNS S32750، باعث کاهش میزان کرنش از 64.1% به 58.2% برای نمونه ساده و از 46.9% به 38.4% برای نمونه جوش شده است. این نشان دهنده استعداد این فولاد به تردی هیدروژنی است. همچنین نتایج آزمون های پتانسیودینامیک و پتانسیواستاتیک نشان می دهد نفوذ هیدروژن باعث افزایش نرخ انحلال آندی و افزایش تعداد و میزان گسترش حفرات می گردد.

در این پژوهش، ترکیبات Al2O3 و Cr2O3 و ترکیبات کامپوزیتی Cr2O3-25، 50، 75wt%Al2O3، به روش پاشش پلاسمای اتمسفری روی فولاد کربنی St37 پوشش دهی شدند. تخلخل سنجی پوشش ها به روش غوطه-وری ارشمیدسی انجام شد. آزمایش های خوردگی روی پوشش ها شامل غوطه وری و طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی در محلول 3.5wt% NaCl بودند. ریزساختار پوشش ها توسط میکروسکوپی نوری و الکترونی روبشی، قبل و بعد از آزمایش خوردگی بررسی شدند. نتایج نشان دادند که پوشش Cr2O3 بهترین مقاومت به خوردگی را دارد که به حضور تخلخل های کمتر (حدود 4 درصد) در آن مربوط می شود. پوشش Cr2O3-25wt%Al2O3 دارای بیشترین تخلخل های متصل و باز سطحی (حدود 2/8 درصد) و در نتیجه کمترین مقاومت به خوردگی نسبت به سایر پوشش ها بود. به طور کلی پوشش های پس از پاشش تا 3.5 برابر (ohm.〖cm〗^2 8/332 برای زیرلایه لخت و ohm.〖cm〗^2 1149 برای متراکم ترین پوشش) افزایش در مقاومت انتقال بار (Rct) در آزمایش امپدانس از خود نشان دادند که قابل ملاحظه نبود. این به دلیل ساختار متخلخل پوشش های سرامیکی پاشش پلاسمایی و دسترسی محلول خورنده از طریق تخلخل های باز سطحی و متصل به هم به زیرلایه است. پس از 28 روز غوطه وری نمونه ها در محلول، محصولات خوردگی روی سطح پوشش ها مشاهده شد. آنالیز توزیع عناصر حضور آهن را در سراسر سطح پوشش تایید کرد. این نشان می دهد که محصولات خوردگی با شناور شدن در محلول خورنده از طریق تخلخل های متصل و باز سطح به سمت سطح پوشش حرکت کرده-اند.