فهرست مطالب
مجله علوم و مهندسی خوردگی
سال دهم شماره 4 (پیاپی 38، زمستان 1399)
- تاریخ انتشار: 1400/12/25
- تعداد عناوین: 6
-
-
صفحات 7-17
در سالهای اخیر پوششهای الکترولس نیکل بور به علت خواص خوردگی و سایشی مطلوبی که دارند موردتوجه محققین و صنایع قرارگرفته است. در این پژوهش تاثیر ضخامت بر رفتار خوردگی این نوع پوششها در دو حالت قبل و بعد از عملیات حرارتی مورد ارزیابی قرار گرفت. پوششدهی در سه ضخامت مختلف 40،،20 و 60 میکرون انجام شد. نمونهها تحت دمای 450 درجه سانتیگراد و زمان یک ساعت عملیات حرارتی شدند. برای بررسی سطح پوشش از میکروسکوپ الکترونی روبشی استفاده شد. برای بررسی رفتار خوردگی از آزمونهای پلاریزاسیون و طیفسنجی امپدانس الکتروشیمیایی استفاده شد. بررسی رفتار خوردگی پوششها نشان داد که نمونه پوشش دادهشده باضخامت 40 میکرون پس از عملیات حرارتی رفتار خوردگی بهتری نسبت به حالتهای دیگر نشان میدهد. تصاویر بهدستآمده از سطح این پوشش بزرگتر شدن گلکلم شکلهای مربوط به ساختار پوشش را نشان میدهد که منجر به کمتر شدن مرز دانهها و بهبود رفتار خوردگی میشوند.
کلیدواژگان: الکترولس نیکل بور، خواص خوردگی، ضخامت پوشش، مورفولوژی پوشش -
صفحات 19-30
در این پژوهش اثر بازدارندگی دو بازدارنده خوردگی آلی با نامهای 2-آمینو 5-نیتروتیازول (Enheptin) و 2-آمینو سولفونیک اسید 2-Aminoethanesulfonic acidبر فولاد کربنی 4130 در محلول اسید کلریدریک به کمک آزمونهای آزمایشگاهی پلاریزاسیون تافل (Tafel) و تیوری تابع چگالی (DFT) (به کمک نرم افزار Gaussian 09W) بررسی و مقایسه شد. نتایج نشان داد که با افزایش غلظت بازدارندهها در محیط اسیدی میزان درصد بازدارندگی بیشتر شد. هر دو ماده بازدارنده آلی بر واکنشهای کاتدی (احیای هیدروژن) و آندی (انحلال فلز) تاثیر گذاشتند، لذا می توان این مواد را به عنوان بازدارندههای خوردگی ترکیبی طبقه بندی نمود. با افزایش غلظت این دو بازدارنده در محیط اسیدی میزان اثربخشی بازدارندگی بیشتر شده و در غلظتهای ثابت اثربخشی Enheptin بیشتر از ماده 2-Aminoethanesulfonic acid بود. نتایج و پارامترهای استخراج شده از تیوری تابع چگالی)نرم افزار (Gaussian 09W نیز نشان داد تمایل شیمیایی و الکترونی اوربیتالهای اتمی مولکول Enheptin به سطح فلز بیشتر بود.
کلیدواژگان: فولاد کربنی، بازدارنده خوردگی، تئوری تابع چگالی، آزمون پلاریزاسیون تافل -
صفحات 31-45
در این پژوهش مکانیزم رسوب دهی الکتروشیمیایی پوشش چندلایه مس/نیکل-فسفر از روش تک-حمام با استفاده از روش کرونوآمپرومتری مورد بررسی قرار گرفت. در این راستا اثر تک تک اجزای حمام مورد مطالعه قرار گرفته و منحنیهای جریان گذرای آنها با مدلهای جوانه زنی دوبعدی و سه بعدی انطابق داده شد. با توجه به احیای همزمان کاتیونهای هیدروژن در محدوده ی پتانسیل احیای نیکل، در انطباقها سهم چگالی جریان آن و نیز سهم چگالیهای جریان جذب سطحی و شارژ شدن خازن لایه دوگانه الکتریکی مدنظر قرار داده شد. مکانیزم احیا از حمام نهایی به صورت جوانه زنی و رشد سه بعدی لحظه ای نفوذ کنترل بود که با توجه به نتایج سایر محلولهای مورد مطالعه، وجود مس و فسفر اثر تشویقی بر جوانه زنی سه بعدی لایههای غنی از نیکل داشته اند. از سوی دیگر، با وجود اینکه حمام سیتراتی مس-نیکل اغلب برای رسوب دهی آلیاژی مورد استفاده قرار می گیرد، اما آزمونهای AAS و EDX نشان داد که در پتانسیلهای منفی تر ازV 8/0- امکان رسوب دهی لایههای غنی از نیکل فراهم بوده و می توان در رسوبات، بالای 90 درصد نیکل داشت. همچنین آنالیز EDX هم نشینی فسفر با نیکل را در محدوده پتانسیل احیای نیکل اثبات نمود. در انتها مورفولوژی تک لایههای غنی از مس و غنی از نیکل توسط آنالیز FE-SEM بررسی شد که نتایج، تشکیل رسوبات هم اندازه و کروی شکل را نشان داده و صحت مکانیزم بدست آمده توسط روش کرونوآمپرومتری را تایید نمود. بنابراین در نهایت، پتانسیلهای V vs. SCE3/0- و 1/1- به ترتیب برای تهیه لایههای غنی از مس و غنی از نیکل، با مورفولوژی، اندازه دانه و یکنواختی مناسب انتخاب شد.
کلیدواژگان: مکانیزم رسوب دهی، چندلایه مس، نیکل-فسفر، حمام سیتراتی، کرونوآمپرومتری -
صفحات 47-58
خوردگی یکی از پرهزینهترین مسایل و مشکلات برای صنعت میباشد که سبب اتلاف هزینههای بسیار زیاد و صرف وقت و کار نیروی انسانی در این زمینه میشود. این هزینهها میتواند به طور مستقیم در استفاده از رنگها و مواد بازدارنده در فرآیند خوردگی، تعمیر قطعات فلزی و یا استفاده از فولاد صرف گردد و یا به طور غیرمستقیم در هزینههای ناشی از خرابی، خطرات زیستمحیطی، تعطیلی ویا ازکارافتادگی یک کارخانه تاثیرگذار باشد.این تحقیق با هدف اثر دما بر رفتار خوردگی فولاد میکروآلیاژی X70 محیط ترش در محلول یک مولار اسید سولفوریک در حضور بنزومیدازول و متی بنزومیدازول انجام شد. با افزایش دما از 25 تا 45 و 65 درجه سانتی گراد در مورد بازدارنده بنزومیدازول لایه محافظ تشکیل شده بر روی سطح شکسته شده و در دمای 25 درجه سانتی گراد کمتر تشکیل می شود در نتیجه این پدیده جذب بهتری بر روی لایه پسیو شکل میگیرد و انتقال الکترون به تاخیر می افتد، در ادامه بازدارنده بنزومیدازول با افزایش دما تا 65 درجه دچار تغیر و دستخوش شده و بطوری که لایه محافظ مجددا افزایش می یابد و جریان خوردگی کاهش نمی یابد. از این کاهش و افزایش جریان خوردگی بر می آید که در دمای 45 درجه سانتی گراد یک لایه محافظ ایجاد میشود که دارای چسبندگی و استحکام نسبی بوده و با افزایش دما تا 65 درجه سانتی گراد لایه محافظ در پتانسیل کمتری شروع به تشکیل میکند با این حال لایه محافظ در مورد این بازدارنده اصلا توصیه نمی شود این امر به خصوص در فولاد میکروآلیاژی X70 به وضوح قابل مشاهده است. بهترین دمای کاری بنزومیدازولو متیل بنزومیدازول در دمای اتاق هر دو بازدارنده با افزایش میزان آنها در محلول خوردگی باعث بهبود مقاومت به خوردگی می شوند.
کلیدواژگان: محیط ترش، رفتار خوردگی، دما، فولاد میکروآلیاژی X70 -
صفحات 59-71
در این پژوهش، پلیآنیلین دوپه شده با کامفورسولفونیک اسید (CSA PANi) و نانوکامپوزیت آن با نانوذرات α-Fe2O3 با استفاده از پلیمریزاسیون اکسایشی درجا سنتز شده و با استفاده از طیفسنجی مادون قرمز تبدیل فوریه (FTIR)، پراش پرتو ایکس (XRD) و میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی (FESEM) شناسایی شدند. از ترکیبات سنتز شده خمیر تهیه شد و با روش دکتر بلید روی بسترهای تیتانیومی آمادهسازی شده (سمباده زده شده و اچ شده) اعمال گردید و به عنوان فوتوآند برای حفاظت کاتدی فوتوالکتروشیمیایی فولاد نرم مورد استفاده قرار گرفت. آنالیز مات شاتکی برای مطالعه نوع ترکیبات نیم رسانا و همچنین دانسیته حاملین بار انجام شد. عملکرد فوتوآندهای تهیه شده در حفاظت کاتدی فوتوالکتروشیمیایی فولاد نرم با استفاده از طیفسنجی امپدانس الکتروشیمیایی (EIS) و پلاریزاسیون تافلی مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج بهدست آمده نشان داد که پتانسیل خوردگی (Ecorr) فولاد نرم از mV 706- در حالت بدون اتصال به فوتوآند به mV 842- در حالت اتصال به Ti/CSA PANI-Fe تحت تابش نور کاهش یافته که نشاندهنده شارش الکترونهای تولیدی از فوتوآند به سطح فولاد نرم و حفاظت کاتدی آن است. نتایج EIS نیز نشان داد که مقاومت انتقال بار (Rct) مربوط به Ti/CSA PANI-Fe برابر Ωcm2 6/578 بوده که در مقایسه با Ti/ α-Fe2O3 (Ωcm2 9/874) و Ti/CSA PANi (Ωcm2 4/693) کمتر است و تاییدکننده کم بودن میزان بازترکیبی الکترونها و حفرهها و شارش بیشتر الکترون به سطح فولاد نرم و عملکرد مناسب فوتوآند Ti/CSA PANI-Fe در حفاظت کاتدی فوتوالکتروشیمیایی میباشد.
کلیدواژگان: حفاظت فوتوکاتدی، پلی آنیلین، α-Fe2O3، بستر تیتانیم، فولاد نرم -
صفحات 73-84
تولید الکتروکاتالیستهای مقرون به صرفه که با استفاده از آنها بتوان هیدروژن با هزینه کمتر و خلوص بالاتر تولید کرد، از اهمیت بسزایی برخوردار است. در این مطالعه، الکتروکاتالیستهای نانوساختار Ni-P با استفاده از روش رسوبدهی الکتروشیمیایی ولتامتری سیکلی بر روی مس ایجاد شد و فعالیت الکتروکاتالیستی آن برای واکنشهای تصاعد اکسیژن بررسی شد. از میکروسکوپهای الکترونی روبشی نشر میدانی جهت بررسیهای ریزساختاری استفاده شد و از آزمونهای الکتروشیمیایی به منظور بررسی رفتار الکتروکاتالیستی استفاده شد. نتایج حاصل از این مطالعه نشان داد که تعداد سیکلهای پوششدهی بر ریزساختار و مورفولوژی پوشش تاثیرگذار میباشد و با افزایش تعداد سیکلهای پوششدهی از 15 تا 25 و سپس تا 40 سیکل سطح نانوساختار تقریبا از بین میرود و یک سطح صاف ایجاد میشود. نتایج بررسی فعالیت الکتروکاتالیستی نشان داد که با افزایش تعداد سیکلهای پوششدهی ابتدا رفتار الکتروکاتالیستی بهبود مییابد و سپس با افزایش بیشتر در تعداد سیکلها فعالیت کاهش مییابد و بهترین فعالیت الکتروکاتالیستی مربوط به نمونه ایجاد شده در تعداد سیکل 25 میباشد که در آن برای ایجاد چگالی جریان 10 به مقدار 230 میلیولت اورپتانسیل نیاز است که دلیل آن افزایش مساحت فعال سطحی، بدون چسب بودن روش ایجاد، کاهش مقاومت حباب، بهبود فعالیت ذاتی الکتروکاتالیستی و بهبود مساحت فعال سطحی بیان شد. همچنین بررسیهای OER نشان داد که الکترود ایجاد شده در مقایسه با سایر الکترودهای گزارش شده در مراجع رفتار عالی از خود نشان میدهد.
کلیدواژگان: واکنش تصاعد اکسیژن، انرژیهای نو، فعالیت الکتروکاتالیستی
-
Pages 7-17
Researchers and industries have considered Electroless nickel boron coatings due to their appropriate corrosion and wear properties. In this study, the effect of thickness on corrosion behavior of the nickel-boron electroless coating was evaluated before and after heat treatment. The coating was performed in three different thicknesses of 40, 20 and 60 micrometers. The samples were heat treated at 450 ° C for one hour. Scanning electron microscopy was used to evaluate the coating surface. Potentiodynamic polarization and electrochemical impedance spectroscopy tests were used to study the corrosion behavior. The results showed that the coated sample with a thickness of 40 microns after heat treatment shows better corrosion behavior than other samples. SEM images obtained from the surface of produced coatings showed the larger cauliflower-type structure having better corrosion behavior due to fewer grain boundaries.
Keywords: Nickel-boron electrodes, corrosion properties, coating thickness, coating morphology -
Pages 19-30
In this study, the inhibitory effects of two organic corrosion inhibitors, 2-amino-5-nitrothiazole (Enheptin) and 2- Aminoethanesulfonic acid on carbon steel 4130 in hydrochloric acid solution were investigated using Tafel polarization tests and Density Function Theory (DFT) (using Gaussian 09W software). The results showed that with increasing the concentration of inhibitors in acidic environment, the percentage of inhibition increases and both organic inhibitors affect the cathodic (hydrogen reduction) and anodic (metal dissolution) reactions so can be classified as mixed inhibitors. With increasing concentration of inhibitors, the inhibitor efficiency of Enheptin was more than 2-Aminoethanesulfonic acid. The results and parameters derived from the DFT also showed the more chemical and electron affinity of the of the Enheptin atomic orbitals in comparison with 2- Aminoethanesulfonic.
Keywords: Carbon steel, Corrosion inhibitor, Density function theory, Tafel polarization test -
Pages 31-45
In this study, the chronoamperometry technique was used to investigate the electrodeposition mechanism of copper/ nickel-phosphor multilayer coatings using the single-bath method. In this regard, the influence of bath components on current transients was studied by fitting two and three-dimensional nucleation and growth models. In the potential range of nickel reduction, hydrogen evolution reaction co-occurs; Therefore, the current contribution of this process, as well as surface absorption and charge of the electric double layer current densities, were considered in these fittings. The reduction mechanism from the final bath was instantaneous nucleation with three-dimensional diffusion-controlled growth. Fitting results reveal that the existence of copper and phosphorus in the bath had an incentive role in the three-dimensional deposition of nickel-rich layers. Although copper-nickel citrate baths are commonly employed for alloy deposition, AAS and EDX analyses revealed that deposition of nickel-rich layers at potentials less than -0.8 V is achievable, and phosphorus co-deposits with nickel. Finally, FE-SEM analysis was used to investigate the morphology of copper-rich and nickel-rich monolayers, which revealed the formation of uniform and spherical deposits, and confirmed the results of the chronoamperometry approach. The potentials of -0.3 and -1.1 V vs. SCE were the most appropriate potentials for generating copperrich and nickel-rich layers, respectively, in terms of particle shape, size, and uniformity.
Keywords: Electrodeposition Mechanism, Copper, Nickel-Phosphorus Multilayer, Citrate Bath, Chronoamperometry -
Pages 47-58
Corrosion is one of the most costly problems for the industry, which causes a lot of waste of time and manpower in this field. These costs can be directly related to the use of paints and inhibitors in the corrosion process, repair of metal parts or the use of steel, or indirectly affect the costs of damage, environmental hazards, closure or failure of a plant. . The aim of this study was to investigate the effect of temperature on the corrosion behavior of X70 micro-alloy steel in a sour environment in a solution of one molar of sulfuric acid in the presence of benzomidazole and methicbenzomidazole. With increasing temperature from 25 to 45 and 65° C, in the case of benzomidazole inhibitor, the protective layer formed on the surface is broken and less is formed at 25° C, as a result of this phenomenon, better adsorption is formed on the passive layer. The electron transfer is delayed, then the benzomidazole inhibitor is changed and subjected to an increase in temperature to 65° C, so that the protective layer increases again and the corrosion current does not decrease. From this decrease and increase of corrosion flow, a protective layer is formed at 45° C, which has relative adhesion and strength, and with increasing temperature up to 65° C, a protective layer begins to form at a lower potential. However, the protective layer is not recommended at all for this inhibitor. This is especially evident in X70 micro-alloy steel. Best Operating Temperatures Benzomidazole and methyl benzomidazole at room temperature are both inhibitors that improve corrosion resistance by increasing their amount in corrosion solution.
Keywords: Acid environment, corrosion behavior, temperature, X70 microalloy steel -
Pages 59-71
In this study, camphor sulfonic acid doped polyaniline (CSA PANi) and its nanocomposite with α-Fe2O3 nanoparticles were synthesized using in situ oxidative polymerization and were characterized using Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), X-ray diffraction (XRD), and Field Emission Scanning Electron Microscopy (FESEM). The paste was prepared from synthesized compounds and applied to the pre-treated titanium substrates (sanded and etched) by Dr. Blade method and used as the photoanode for photoelectrochemical cathodic protection of mild steel. The Mott-Schottky analysis was performed to study the type of semiconductor compounds as well as the density of charge carriers. The performance of the prepared photoanodes in the photoelectrochemical cathodic protection of mild steel was studied using electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and Tafel polarization. The results showed that the corrosion potential (Ecorr) of mild steel decreased from -706 mV in the case without photoanode connection to -842 mV in the case of connection to Ti / CSA PANI-Fe photoanode under light irradiation, indicating the flux of produced electrons from the photoanode to the surface of mild steel and its cathodic protection. The EIS results also showed that the charge transfer resistance (Rct) for Ti / CSA PANI-Fe was 578.6 Ωcm2 which is less compared to Ti / α-Fe2O3 (874.9 Ωcm2 ) and Ti / CSA PANi (693.4 Ωcm2 ), confirming the low recombination rate of electrons and holes and more flux of electrons to the surface of mild steel and the proper performance of Ti / CSA PANI-Fe photoanode in photoelectrochemical cathodic protection.
Keywords: Photocathodic protection, Polyaniline, α-Fe2O3, Titanium substrate, mild steel -
Pages 73-84
It is important to produce cost-effective electrocatalysts that can produce hydrogen at a lower cost and higher purity. In this study, nanostructure Ni-P electrocatalysts were generated by cyclic voltammetry electrochemical deposition method on copper sheet and its electrocatalytic activity was investigated for oxygen evolution reactions. FESEM were used for microstructural investigations and electrochemical tests were used to study the electrocatalytic behavior. The results of this study showed that the number of coating cycles is effective on microstructural and coating morphology and with increasing the number of coating cycles from 15 to 25 and then up to 40 nanostructured surface cycles are almost eliminated and flat surface is created. The results of electrocatalytic activity analysis showed that by increasing the number of coating cycles the electrocatalytic behavior is improved first and then by further increase in the number of cycles the activity decreases and the best electrocatalytic activity of the sample created in the number of cycles. 25, which requires an overpotential of 230 mV to produce a current density of 10 mA.cm-2 due to improved surface active area and improvement of intrinsic electrocatalytic activity. OER reactions also showed that the electrode produced showed excellent behavior compared to other electrodes reported in references.
Keywords: Oxygen evolution reaction, Renewable energy, Electrocatalytic activit