فهرست مطالب

علوم و مهندسی خوردگی - سال دوازدهم شماره 4 (پیاپی 46، زمستان 1401)

مجله علوم و مهندسی خوردگی
سال دوازدهم شماره 4 (پیاپی 46، زمستان 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/12/27
  • تعداد عناوین: 6
|
  • آرش فتاح‏ الحسینی *، مریم مولایی صفحات 7-21

    هدف از انجام پژوهش حاضر، بررسی اثر 7 متغیر فرایند پوشش‏دهی اکسیداسیون الکترولیتی پلاسمایی (PEO) شامل غلظت نمک‏های استات کلسیم و هیدروکسید پتاسیم الکترولیت، فرکانس، چگالی جریان، چرخه کاری، مدت زمان پوشش‏دهی و فاصله بین آند و کاتد بر مقدار چگالی جریان خوردگی پوشش‏‏ها و یافتن ارتباط بین مقاومت به خوردگی با میزان زبری و قابلیت ترشوندگی سطح پوشش‏ها روی تیتانیم خالص با استفاده از روش طراحی آزمایش‏های تاگوچی است. به این منظور، میزان زبری سطح پوشش‏ها به کمک یک پروفیل‏سنج سطحی و قابلیت ترشوندگی آن‏ها با سنجش زاویه تماس سطح آن‏ها با قطره آب ارزیابی شد. مقاومت به خوردگی پوشش‏ها نیز با استفاده از آزمون پلاریزاسیون پتانسیودینامیک پس از 72 ساعت تماس نمونه‏ها با محلول فیزیولوژیکی رینگر بررسی شد. ساختار سطح و ترکیب شیمیایی پوشش بهینه به ترتیب توسط یک میکروسکوپ الکترونی روبشی و طیف‏سنجی رامان مطالعه شد. نتایج نشان داد که چرخه کاری و فرکانس به ترتیب موثرترین و کم‏اهمیت‏ترین متغیرها بر مقدار چگالی جریان خوردگی پوشش‏ها بودند. هم‏چنین، شرایط بهینه جهت تشکیل پوششی با کم‏ترین مقدار چگالی جریان خوردگی (0018/0 میکروآمپر بر سانتی‏مترمربع) شامل غلظت نمک‏های استات کلسیم و هیدروکسید پتاسیم الکترولیت به ترتیب 5/7 و 3 گرم بر لیتر، فرکانس 2000 هرتز، چگالی جریان 5 آمپر بر دسی‏مترمربع، چرخه کاری 50 درصد، مدت زمان پوشش‏دهی 15 دقیقه و فاصله بین آند و کاتد 3 سانتی‏متر بود. به‏طورکلی، مقاومت به خوردگی پوشش‏ها با افزایش میزان زبری و قابلیت ترشوندگی سطح آن‏ها کاهش یافت.

    کلیدواژگان: اکسیداسیون الکترولیتی پلاسمایی، خوردگی، تیتانیم، طراحی آزمایش‏ها، پلاریزاسیون پتانسیودینامیک
  • امین فاتح، محمد نظرنژاد بجستانی *، جابر نشاطی صفحات 23-40

    «ریسک» یک بیان ریاضی است که از ضرب احتمال وقوع یک واقعه در پیامد آن بدست می آید. برای سال های متمادی، انواع روش های کیفی، وزن دهی و امتیاز دهی جهت ارزیابی ریسک خطوط لوله در صنعت مورد استفاده بوده اند و خروجی این روش ها نیز به صورت کیفی بود؛ این در حالی است که در مناطقی که نیاز به نتایج مستدل احساس شود، از روش های امتیاز دهی و شاخص گذاری استفاده نمی شود. به همین دلیل توسعه متدلوژی که نتایج حاصل از آن دقیق تر، کاربردی تر و قابل استنادتر باشد بسیار جالب توجه و جذاب است. در این تحقیق متدلوژی جدیدی جهت ارزیابی ریسک ناشی از خوردگی خطوط لوله انتقال گاز توسعه داده شد که در آن احتمال از کار افتادگی ناشی از تهدید خوردگی ناشی از خاک و خوردگی داخلی به صورت تابعی از مدت زمان باقی مانده تا از کار افتادگی ارایه می شود؛ همچنین پیامدهای ناشی از کار افتادگی نیز با توجه به ماهیت سیال و مساحت متاثر از نشتی به صورت هزینه مشخص می شود و در نهایت ریسک از کار افتادگی در قالب «میزان پیامد در واحد زمان» ارایه می گردد. به منظور بررسی قابلیت کاربرد این متدلوژی، قطعه ای به طول 10 کیلومتر از یک خط لوله 30 اینچی توسط متدلوژی حاضر مورد ارزیابی ریسک قرار گرفت. نتایج بدست آمده نشان داد که بیشترین ریسک این خط لوله مربوط به قسمت هایی است که در داخل غلاف گرفته اند و میزان ریسک آنها برابر با 15096.44 دلار در سال است.

    کلیدواژگان: ریسک، خوردگی، خط لوله انتقال گاز، احتمال از کار افتادگی، پیامد از کار افتادگی
  • فاطمه یوسفیان *، سجاد خلیلی، علی اشرفی، ابراهیم دادرس، محمد بهنیا صفحات 41-53

    دیرگدازهای آلومینا گرافیتی به دلیل ویژگی های قابل توجه در دمای بالا نظیر انبساط حرارتی کم، رسانایی حرارتی و مقاومت در برابر شوک حرارتی بالا، به طور گسترده در فرآیند ریخته گری پیوسته فولاد مورد استفاده قرار گرفته اند. در پژوهش حاضر به بررسی مکانیزم ها و عوامل تخریب استوپرهای تاندیش از جنس آلومینا گرافیت در فرآیند ریخته گری پیوسته پرداخته شده است. در این راستا، از مقاطع مختلف استوپر مصرفی نمونه برداری شد. به منظور مطالعه علل خوردگی و شکست، ریزساختار و ترکیب شیمیایی نمونه ها به ترتیب با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، طیف سنجی پراش انرژی پرتو ایکس (EDS) و همچنین پراش پرتو ایکس (XRD)، مورد بررسی قرار گرفت. نتایج تحقیق نشان داد که تخریب استوپر تاندیش در این شرکت با اکسیداسیون کربن دیرگداز در طول فرآیند پیش گرمایش آغاز شده و از دو جهت ایجاد تخلخل و افزایش ترشوندگی دیرگداز بر کاهش مقاومت در برابر خوردگی دیرگداز سیاه تاثیرگذار است. علاوه بر این دکربوراسیون دیرگداز به کاهش مقاومت در برابر شوک حرارتی استوپر منجر شده و کاهش عمر مفید قطعه را در پی خواهد داشت. پس از قرار گیری دیرگداز در معرض مذاب و سرباره، مرحله اصلی خوردگی و تخریب دیرگداز آغاز می گردد. در این مرحله، فولاد و سرباره مذاب تا حدی به درون دیرگداز نفوذ می کند که ذرات جدا شده از شبکه دیرگداز با فولاد/ سرباره مذاب یکی شده و زمینه دیرگداز تخریب می شود. در نهایت سرباره به طور کامل زمینه دیرگداز را در بر گرفته و ذرات آلومینا به صورت جزایر پراکنده در زمینه پخش می گردند. تخریب دیرگداز به ویژه در خط سرباره مشهود است؛ تا جایی که با گلویی شدن دیرگداز در خط سرباره، امکان ادامه فرآیند ریخته گری وجود نخواهد داشت.

    کلیدواژگان: ریخته گری پیوسته فولاد، دیرگداز آلومینا گرافیت، تخریب مکانیکی، تخریب خوردگی
  • علی عرب زاده، بهمن کروجی *، سید مصطفی موسوی زاده، سید علیرضا حسینی صفحات 55-66

    در این تحقیق رفتار خوردگی جوش همزن اصطکاکی نقطه ای زایده ای آلیاژ آلومینیم 2024 بررسی شده و با رفتار خوردگی فلز پایه مورد مقایسه قرار گرفته است. نمونه جوشکاری با سرعت چرخش 2500 دور در دقیقه در مدت زمان نگهداری 12 ثانیه انجام شد. میزان فروروی ابزار در سطح نمونه 1/0 میلی متر، قطر ابزار 16 میلی متر و زایده دایره ای شکل زیر نمونه ها با قطر 10 و ارتفاع 4/0 میلی متر از سطح میز کار تعبیه شدند. با استفاده از روش آزمون پلاریزاسیون تافلی و کاوشگر روبشی کلوین استاندارد و از طریق تغییرات پتانسیل سطوح جوش و فلز پایه و همچنین تغییرات چگالی شدت جریان خوردگی، رفتار خوردگی جوش همزن اصطکاکی نقطه ای زایده ای مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان داد که پتانسیل خوردگی ناحیه جوش در مقایسه با فلز پایه کاهش می یابد. اما این کاهش منجر به افزایش قابل ملاحظه چگالی جریان خوردگی نشده است. همچنین ناحیه جوش ایجاد شده دارای بیشترین چگالی جریان خوردگی و ناحیه فلز پایه دارای کمترین چگالی جریان خوردگی بوده است.

    کلیدواژگان: جوشکاری همزن اصطکاکی نقطه ای زائده ای، کاوشگر روبشی کلوین، رفتار خوردگی، آلومینیم 2024
  • امیرعباس امینی، ناهید پیرهادی تواندشتی * صفحات 67-84

    در پوشش های خود ترمیم شونده بازدارنده های خوردگی باید به نحو مناسبی وارد پوشش شوند تا در صورت بروز فرآیند خوردگی، رهایش هوشمند بازدارنده ی خوردگی رخ دهد. در این پژوهش برای اولین بار پوشش های خود ترمیم کننده نانو ساختار چند لایه شامل لایه های سل ژل/ جفت پلی الکترولیت PDADMAC-PAA / بازدارنده خوردگی بنزو تری آزول / اکسید گرافن به منظور حفاظت از سطح آلیاژ آلومینیوم 2024 استفاده شده است. در صورت بروز فرآیند خوردگی تغیرات pH به صورت موضعی اتفاق می افتد و سبب رهایش هوشمند بازدارنده خوردگی از بین لایه های پلی الکترولیت و در نتیجه موجب ایجاد حفاظت سطح زیر لایه می گردد. همچنین حضور لایه اکسید گرافن از نفوذ آب و عوامل خورنده به سطح زیرلایه جلوگیری می-کند. جهت بررسی مورفولوژی، ترکیب شیمیایی و نحوه توزیع عناصر سازنده سطح آزمون های SEM و EDS مورد استفاده قرار گرفت. رهایش بازدارنده خوردگی در اثر تغیرات در pH محیطی توسط آزمون طیف سنجی UV-vis مطالعه شد. به جهت اطمینان از ایجاد لایه اکسید گرافن آزمون FTIR و RAMAN انجام شد. رفتار مقاومت به خوردگی نمونه ها توسط آزمون طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی (EIS) مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج حاصل از آزمون EIS برای نمونه های بهینه (نمونه های دارای لایه اکسید گرافن) پس از گذشت زمان 2 هفته نشان داد که امپدانس در فرکانس پایین در حدود 10 برابر بیشتر از نمونه کنترل (نمونه دارای تک لایه سل ژل هیبریدی) برابر با مقدار ohm.cm242/5 10 بوده است.

    کلیدواژگان: پوشش خود ترمیم شونده، رهایش هوشمند، بازدارنده خوردگی، خوردگی، پلی الکترولیت، اکسید گرافن
  • محمدرضا برهانی *، سید رضا شجاع رضوی، فرید کرمانی، محمد عرفان منش، سید مسعود برکت صفحات 85-98

    با توجه به نوع کارایی فولاد PH17-4 در توربین گازی و در تماس ذرات خارجی مانند گردوخاک و اشیا خارجی، رسوب اجرامی نظیر بخارهای روغن حین کار دچار ترک خوردگی، سایش و خوردگی شیمیایی می شوند و از چرخه استفاده خارج می شوند. جایگزینی قطعه به دلیل هزینه بالای مواد مقرون به صرفه نیست. در این پژوهش مقاومت به خوردگی روکش فولاد PH17-4 و استلایت 6 روی زیرلایه فولاد PH17-4 توسط آزمون پلاریزاسیون تافل بررسی شد؛ در منحنی پلاریزاسیون سیکلی برای فولاد PH17-4، چگالی جریان روبش مستقیم کمتر از روبش معکوس است و هیسترزیس مثبت در منحنی پلاریزاسیون سیکلی دیده می شود، همچنین لایه پسیو تشکیل شده جزیی، ناپایدار و شکننده است. در پوشش PH17-4 چگالی جریان روبش مستقیم کمتر از روبش معکوس است و هیسترزیس مثبت در منحنی پلاریزاسیون مشاهده می شود، همچنین لایه پسیو تشکیل شده مقاوم در برابر تشکیل حفرات جدید است. در پوشش استلایت6 مطابق شکل این پوشش از مقاومت به خوردگی حفره ای بالایی نیز در این محلول برخوردار است؛ منحنی هیسترزیس منفی تشکیل داده و منحنی معکوس آن در چگالی جریان های کمتری نسبت به منحنی مستقیم قرار دارد؛ بنابراین نواحی خورده شده قابلیت ترمیم خود را با تشکیل لایه پسیو دارد. با بررسی نتایج مشخص شد سرعت خوردگی پوشش های استلایت6 و فولاد زنگ نزن در مقایسه با زیرلایه 91 و 50 درصد کاهش یافته است.

    کلیدواژگان: فولاد PH4-17، استلایت 6، مقاومت خوردگی، پلاریزاسیون تافل، رسوب نشانی مستقیم لیزری
|
  • A. Fattah-alhosseini *, M. Molaei Pages 7-21

    The aim of this research is to investigate the effect of 7 variables of the plasma electrolytic oxidation (PEO) coating process, including the concentration of calcium acetate and potassium hydroxide salts of the electrolyte, frequency, current density, duty cycle, treatment time, and the distance between the anode and cathode on the corrosion current density of the coatings and studying the correlation between the corrosion resistance with the surface roughness and wettability of the coatings on pure titanium using the Taguchi design of experiments method. The surface roughness of the coatings was evaluated with the help of a surface profilometer and their wettability was assessed by measuring the contact angle of their surface with a drop of water. The corrosion resistance of the coatings was investigated using the potentiodynamic polarization test after 72 hours exposure of the samples to Ringer's physiological solution. The surface structure and chemical composition of the optimal coating were studied by a scanning electron microscope and X-ray diffractometer, respectively. The results showed that duty cycle and frequency were the most effective and the least important variables on the corrosion current density of coatings, respectively. Also, the optimal conditions for forming a coating with the lowest corrosion current density (0.0018 μA/cm2), included the concentration of 7.5 and 3 g/l of calcium acetate and potassium hydroxide salts in the electrolyte, respectively, frequency of 2000 Hz, current density of 5 A/dm2, duty cycle of 50%, treatment time of 15 minutes, and the distance between anode and cathode of 3 cm. In general, the corrosion resistance of the coatings decreased with the increase in their surface roughness and wettability.

    Keywords: Plasma electrolytic oxidation, corrosion, titanium, design of experiments, potentiodynamic polarization
  • A. Fateh, M. Nazarnezhad Bajestani*, J. Neshati Pages 23-40

    "Risk" is a mathematical expression obtained by multiplying the probability of an event occurring by its consequences. For many years, a variety of qualitative, weighting, and scoring methods have been used in the pipeline risk assessment in the industry, but the output of these methods has been qualitative, while in areas Scoring and indexing methods are not used to make reasonable conclusions. That is why the development of a methodology whose results are more accurate, applicable and more cited is very interesting. In this study, a new methodology was developed to evaluate the corrosion risk of gas pipelines where the probability of failure due to soil side corrosion and internal corrosion threats is presented as a function of the time to failure. The consequences of a disability are also determined by the nature of the fluid and the environment affected by the leakage, and ultimately the risk of failure is presented in the form of "Outcome per unit of time". To evaluate the applicability of this methodology, a 10-km segment of a 30-inch pipeline was evaluated by the present methodology. The results showed that the highest risk of this pipeline was for the parts that were encased inside the casing and the risk was 15096.44 $/ year.

    Keywords: Risk, corrosion, gas pipeline, probability of failure, consequence of failure
  • F. Yoosefan*, S. Khalili, A. Ashrafi, E. Dadras, M. Behniya Pages 41-53

    Al2O3-C refractories have been widely used in the continuous steel casting process due to their remarkable properties at high temperatures, such as low thermal expansion, thermal conductivity, and high thermal shock resistance. In the present study, the mechanisms and factors of the destruction of Al2O3-C tundish stoppers in the continuous casting process of Khuzestan Steel Company have been investigated. Samples were taken from different stopper sections. In order to study the causes of corrosion and failure, the microstructure and chemical composition of the samples have been examined by scanning electron microscope (SEM), energy dispersive Xray spectrometer (EDS), and X-ray diffractometry (XRD), respectively. The results showed that the destruction of the tundish stopper started with the oxidation of refractory carbon during the pre-heating process. It affects the reduction of corrosion resistance of black refractory due to the two aspects of creating porosity and increasing the wettability of refractory. In addition, refractory decarburization leads to a decrease in the thermal shock resistance of the stopper and will cause a decrease in its useful life of that. After the refractories are exposed to melt and slag, the main stage of corrosion and destruction of the refractories begins. At this stage, the molten steel and slag penetrate the refractory to such an extent that the particles separated from the refractory network merge with the molten steel/slag, and the refractory base is destroyed. Finally, the slag completely covers the refractory, and the alumina particles are dispersed as scattered islands in the ground. Refractory destruction is especially clear in the slag line; As long as the diameter of the stopper in the slag line is reduced (necking), it will not be possible to continue the casting process.

    Keywords: Continuous casting of steel, Al2O3-C refractory, Mechanical degradation, Corrosiondegradation
  • A. Arabzadeh, B.Korojy*, S.M.Mousavizade, SA. Hosseini Pages 55-66

    In the present study, the corrosion behavior of projection friction stir spot welding of 2024 aluminum alloy has been investigated and compared with the corrosion behavior of the base metal. Welding of sample was performed with the rotation speed of 2500 rpm and the dwell time of 12 seconds. The penetration depth of the tool on the surface of the sample was 0.1 mm, the diameter of the tool was 16 mm, and a circular protrusion with a diameter of 10 mm and a height of 0.4 mm was placed below the working table. By using Tafel polarization test method and standard Scanning Kelvin Probe through potential chang of weld surfaces and base metal as well as chang in corrosion current density, the corrosion behavior of projection friction stir spot welding was investigated. The results showed that the corrosion potential of the weld area is reduced compared to the base metal, although this reduction has not led to a significant increase in corrosion current density. Also, the welding zone has higher corrosion current density than the base metal region.

    Keywords: Projection Friction Stir spot welding, Scanning Kelvin probe, corrosion behavior, 2024aluminum alloy
  • A. Amini, N. Pirhady Tavandashti* Pages 67-84

    A smart nanostructured multilayered coating based on sol-gel/ polyelectrolytes/inhibitor/graphene oxide is developed via layer-by-layer (LbL) technique to provide effective corrosion protection for Al2024 substrates. The multilayered coating is consisting of a strong polycation (i.e., poly diallyldimethylammonium chloride (PDADMAC)), a weak polyanion (i.e., poly acrylic acid (PAA)), a corrosion inhibitor (i.e., Benzotriazole), and graphene oxide (GO). The local pH change in case of corrosion cause the loss of electrostatic attraction between polyelectrolytes, leading to increased permeability of the polyelectrolyte layer. Consequently, the corrosion inhibitor is released to prevent the corrosion process, providing a self-healing effect. Besides, the graphene oxide acts as a barrier layer, preventing the permeation of water and corrosive agents. The morphology, structure and chemical compositions are characterized by Scanning Electron Microscopy (SEM) and Energy Dispersive X-ray Analysis (EDS). To ensure the deposition of graphene oxide layer, Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) and Raman spectroscopy are performed. UV-visible spectrophotometry (UV-vis) is used to study the pH responsive release of corrosion inhibitor. To study the corrosion resistance and self-healing properties, electrochemical impedance spectroscopy (EIS) is performed in 3 % NaCl. The samples with polyelectrolyte layer show improved corrosion protection compared to the sol-gel sample (control). However, the samples with graphene oxide show the highest resistance, which is ~10X higher than the control sample after 2 weeks and its value is equal to 105.42 ohm.cm2.

    Keywords: Self-healing coating, Smart release, Corrosion inhibitor, Corrosion, polyelectrolyte, Graphene oxide
  • M. Borhani ⃰, R. Shoja Razavi, F. Kermani, M. Erfanmanesh, M. Barekat Pages 85-98

    Due to the efficiency of 17-4PH steel in gas turbines and contact with external particles such as dust and foreign objects, physical deposits such as oil vapors will undergo cracks, wear, and chemical corrosion during operation and will be removed from the cycle of use. Part replacement is not cost-effective due to the high cost of raw materials. In this research, the corrosion resistance of 17-4PH steel cladding and stellite6 on 17-4PH steel substrate was investigated by the Tafel polarization test; In the cyclic polarization curve for 17-4PH steel, the direct scan current density is lower than the reverse scan, and positive hysteresis is seen in the cyclic polarization curve. Also the partially formed passive layer is unstable and fragile. In the 17-4PH cladding, the direct scan current density is lower than the reverse scan, and positive hysteresis is observed in the polarization curve. Also the formed passive layer is resistant to the formation of new holes. In the cover of stellite6, according to the shape of this cover, it has high pitting corrosion resistance in this solution; It forms a negative hysteresis curve and its inverse curve is located in a lower current density than the straight curve; Therefore, the corroded areas can repair themselves by forming a passive layer. By examining the results, it was found that the corrosion rate of stellite6 and stainless steel claddings has decreased by 91% and 50% compared to the substrate.

    Keywords: Steel 17-4PH, Stellite 6, Corrosion resistance, Toefl polarization, Direct laser deposition