بررسی تأثیر عملیات حرارتی بر مقاومت به خوردگی پوشش فسفاته Zn اعمالی بر. فولاد ساده کربنی و تعیین دمای بهینه عملیات حرارتی

بررسی تأثیر عملیات حرارتی-چکیده

پوشش های فسفاته چون در محیطهای آبی تشکیل میشوند، به حالت هیدراته هستند. و بنابراین، زمانیکه در معرض دماهای بالا قرار میگیرند، ممکن است نوساناتی نشان دهند. و در چنین شرایطی رفتار دی هیدراته شدن آنها از نگرانی های عمده است. در نتیجه، لایه های فسفاته اعمالی روی سطح باید پیش از کاربرد با پوشش های آلی غیر آبی. و پوشش های پودری خشک شوند،.

تا زمانیکه نمونه پس از اعمال لایه رنگ در داخل کوره قرار میگیرد، ناپایداری حرارتی پوششهای فسفاته. و خروج آب ساختاری آنها منجر به کاهش کیفیت سطح رنگ نشود. بنابراین، در این مقاله به تأثیر دماهای گوناگون عملیات حرارتی. 80-120-180-250-280-350-درجه سانتیگراد، بر روی تغییرات وزن و فشار خوردگی پوشش فسفاته Zn پرداخته شد. نتایج نشان داد که عملیات حرارتی پوشش فسفاته تا دمای 120 درجه سانتیگراد مفید بوده. و به دلیل از دست رفتن آب ساختاری موجود در پوشش، رفتار حفاظتی بهبود یافت،. ولی با افزایش دما به 180 درجه سانتیگراد و دماهای بالاتر، مقاومت به خوردگی کاهش یافت.

بررسی تأثیر عملیات

پوشش های فسفاته به گونه ای گسترده در صنایع خودرو سازی، هوا فضا و نظامی. بعنوان یک مرحله عملیات سطحی روی فولاد کربنی اعمال میشوند. این پوشش های متخلخل سبب ایجاد اتصال قوی بین لایه رنگ و سطح فلز پایه میشوند.

همچنین، پوشش های فسفاته عایق الکترونی و یونی خوبی هستند. که از تبادل الکترون بین محیط و فلز پایه جلوگیری کرده، مقاومت در برابر خوردگی. را افزایش می دهند. در واقع، تبدیل شدن سطح فلز به پوشش فسفاته انحلال ناپذیر،. سدی فیزیکی در مقابل نفوذ عوامل خورنده و رطوبت ایجاد میکند. درجه حفاظت از خوردگی که این پوشش ها تأمین می کنند. به یکنواختی ضخامت و چگالی پوشش، اندازه بلورها و نوع آب بندی نهایی بستگی دارد.

بررسی تأثیر عملیات

پوشش های فسفاته چون در محیطهای آبی تشکیل می شوند، به حالت هیدراته بوده. و شامل یون های فلزی دو ظرفیتی به همراه یون های فسفاته چند آبه هستند. به دلیل وجود آب در ساختار این پوششها، زمانیکه که آنها در معرض دماهای بالا قرار میگیرند،. ممکن است نوساناتی نشان دهند و در چنین شرایطی رفتار دی هیدراته شدن آن ها از نگرانی های عمده است.بنابر این، پوشش های فسفاته باید پیش از کاربرد پوشش های آلی غیر آبی. و پوشش های پودری یا رنگ های کوره ای، خشک شوند. در چنین شرایطی، نرخ گرم کردن این پوششها مهم است. اگر نرخ گرم کردن زیاد باشد و آب فرصت نفوذ به سطح را نداشته باشد،. ممکن است سبب آسیب دیدن پوشش شود.

بررسی تأثیر عملیات

یکی از فازهای موجود در ساختار بلوری پوشش های فسفاته Zn، هوپیت است. البته، با توجه به درجه حرارت، هوپیت ممکن است به سه حالت بلوری α،β و γ با دماهای تبدیل. به ترتیب 105، 140و 163 درجه سانتیگراد ظاهر شود. به هنگام عملیات حرارتی پوشش فسفاته، هوپیت دو مولکول آب. خود را در دمای 70 تا 140 درجه سانتیگراد و دو ملکول دیگر را. در دمای 190 تا 240 درجه سانتیگراد از دست داده و در نتیجه، وزن پوشش کاهش می یابد. بین دماهای 240 تا 600 درجه سانتیگراد نیز کاهش وزن بیشتری مشاهده میشود.

و در بالاتر از 600 درجه سانتیگراد، عناصر پوشش نظیر روی و فسفر تصعید میگردند. که این امر باعث تخریب کامل پوشش میشود. همچنین، تجزیه حرارتی پوشش فسفاته در دماهای بالاتر، سبب تولید تنش میشود. وانگ و همکارانش ترکهایی را که ناشی از القای چنین تنش هایی در دماهای بالاتر. عملیات حرارتی پوشش فسفاته منگنز (500 درجه سانتیگراد) نسبت به دماهای پایین (100 درجه سانتی گراد) بود، وضوح مشاهده کردند.

بررسی تأثیر عملیات

ساختار بلوری پوشش فسفاته Zn افزودن بر فاز هوپیت،. دارای فاز فسفوفیلیت نیز می باشد که این فاز نیز هیدراته است. بنابراین، انتظار وقوع واکنش های دی هیدراسیون برای این فاز نیز وجود دارد. دی هیدراته شدن فسفوفیلیت از دمای 110 درجه سانتیگراد شروع میشود.

همچنین، مشاهده شده که در شرایط هیدارته شدن دوباره، نظیر غوطه وری نمونه پوشش دهی شده در یک محلول آبی. یا در معرض یک اتمسفر بسیار مرطوب، بلورهای دی هیدراته هوپیت بار دیگر هیدارته شده و سبب القای تنش. و در نتیجه، کاهش قدرت پیوند در فصل مشترک رنگ/پوشش فسفاته میشوند. که این پدیده میتواند بر چسبندگی اثر بگذارد، اما بلورهای فسفوفیلیت در برابر هیدارته شدن دوباره کاملا مقاوم هستند. بنابراین، پوشش های فسفاته غنی تر از فاز فسفوفیلیت، مقاومت حرارتی بالاتری دارند.

آنالیز حرارتی DTA روی پوشش های فسفاته نیز نشان دهنده اختلاف مشخصی. در فرآیند دی هیدارته شدن این دو فاز است،. به گونه ای که در پیک های گرماگیر فازهای هوپیت و فسفوفیلیت 50 درجه سانتی گراد اختلاف وجود دارد. در پوشش های فسفاته اصلاح شده با کلسیم و نیکل نیز دمای پیک های گرماگیر. با افزودن کلسیم و نیکل در ترکیب پوشش،. به دماهای بالاتری انتقال می یابد تا مساوی با پیک گرماگیر فاز فسفوفیلیت شود. بنابراین، کلسیم و نیکل با ورود به بلور هوپیت باعث اصلاح آن و افزایش مقاومت حرارتی میشوند.

مقدار آب موجود در پوشش های فسفاته گوناگون نیز متفاومت است و برای پوشش های فسفاته روی. پیشتر از پوشش های فسفاته منگنز و آهن است. میانگین رطوبت موجود. در پوشش های فسفاته روی، آهن و منگنز وارد شده بر فولاد به ترتیب 5/4،0/6 و 0/4 درصد است. گفتنی است که مقدار رطوبت موجود در پوشش، به وسیله درصد کاهش وزن. در دماهای 100 تا 180 درجه سلسیوس گزارش میشود.

چنانچه اشاره شد، تعیین دمای بهینه عملیات حرارتی پوشش فسفاته جهت آب زدایی. و افزایش قدرت جذب آن پیش از اعمال رنگ و نیز جلوگیری از نوسان های حرارتی لایه فسفاته. به هنگام فراگیری آن در معرض دماهای بالای کوره پخت رنگ، ضروری است. بنابراین، در این مطالعه به بررسی تأثیر دماهای گوناگون عملیات حرارتی. پوشش فسفاته Zn، بر درصد کاهش وزن و مقاومت به خوردگی آن پرداخته شد. و با توجه به نتایج، دمای بهینه عملیات حرارتی به عنوان دمایی. که منجر به حصول بالاترین خواص حفاظتی برای پوشش میشود، تعیین شد.

روش آزمایش

مراحل اعمال پوشش

در این مطالعه زیر لایه هایی از جنس فولاد ساده کربنی St 37 با ابعاد 50×40×2 میلیمتر انتخاب شدند.

سپس این نمونه ها به منظور حذف مواد خارجی و محصولات خوردگی. از روی سطح، به وسیله کاغذ سنباده شماره 180 پرداخت سطحی شدند و با غوطه وری. در داخل محلول NaOH ده درصد با دمای 70 درجه سانتیگراد، به مدت زمان 10 دقیقه چربی زدایی شده. و سپس به منظور حذف کلیه اکسیدهای سطحی، اسید شویی نمونه ها. در محلول HCI بیست درصد به مدت 2 دقیقه انجام گرفت.

پس از هر مرحله، نمونه ها دو مرتبه آبکشی شده و در انتها در هوای گرم خشک شدند. تا سطحی تمیز و عاری از هر گونه آلودگی و ذرات اکسید بدست آید.

در مرحله بعد، نمونه ها درون یک محلول فسفاته با ترکیب. 10 گرم بر لیتر ZnO دو گرم بر لیتر NaNo پانزده میلی لیتر H3PO4. و 4/2 میلی لیترNHO2 با اسیدیته کل آزاد به ترتیب 21 و 8/4، به مدت زمان. 15 دقیقه غوطه ور شدند. اندازه گیری عدد اسیدیته کل آزاد به روش تیتراسیون که در مراجع به آن اشاره شده، انجام گرفت. بدین صورت که برای اندازه گیری اسیدیته آزاد از بورت 50 میلی لیتری که ابتدا با آب مقطر. و سپس با محلول هیدروکسید سدیم 0/1 نرمال شسته شده بود، استفاده شد. برای تهیه شناساگر نیز 0/5 گرم از پودر متیل اورانژ را در اخل 100 میلی لیتر. الکل طبی حل کرده و از این محلول بعنوان معرف جهت تیتر کردن استفاده شد.

سپس مقدار دقیق 10 میلی لیتر از محلول فسفاته، به داخل یک ارلن مایر. ریخته و با 50 میلی لیتر آب مقطر رقیق شد. در ادامه، این محلول در حضور شناساگر متیل اورانژ با سود 0/1. نرمال تا تغییر رنگ از صورتی به زرد تیتر شد. برای اندازه گیری اسیدیته کل نیز به همین روش عمل شد. با این تفاوت که باری تهیه شناساگر مناسب به منظور تیتر کردن، مقدار 1 گرم از پودر فنل فتالئین. را در 100 میلی لیتر الکل طبی حل نموده، از این محلول، بعنوان معرف استفاده شد. و پس از رقیق کردن مقدار 10 میلی لیتر از محلول فسفاته با 50 میلی لیتر. آب مقطر، در حضور شناساگر فنل فتالئین تا رسیدن به رنگ صورتی به وسیله سود مرک 0/1 نرمال تیتر شد. دمای حمام فسفاته کاری نیز حدود 60 تا 65 درجه سانتیگراد بود.

عملیات حرارتی پوشش فسفاته روی

به منظور انجام عملیات حرارتی، نمونه های پوشش داده شده با ابعاد 1×1 سانتی متر. پس از انجام عمل توزین، به طور جداگانه در داخل لوله مسی با قدرت انتقال حرارت بالا قرار گرفتند. و به منظور جلوگیری از اکسیداسیون نمونه ها، لوله های مسی. از براده های تیتانیم پر شده، به وسیله گاز آرگون هوای داخل لوله تخلیه شدند. سپس عملیات حرارتی نمونه ها به مدت زمان 45 دقیقه در 5 دمای گوناگون. 80،120،180،250 و 350 درجه سانتیگراد انجام گرفت. پس از عملیات حرارتی، نمونه ها در داخل لوله مسی تا دمای محیط سرد و از آن خارج شدند. در مرحله بعد، وزن نمونه ها دوباره با دقت چهار رقم اعشار اندازه گیری. و برای انجام آزمون ها پلاریزاسیون آماده شدند. درصد کاهش وزن پوشش نیز بر اساس مقدار کاهش وزن نمونه ها نسبت به وزن اولیه، اندازه گیری شد.

پلاریزاسیون

آزمون پلاریزاسیون برای نمونه هایی با سطح مقطع 1 سانتی متر مربع در تماس با محلول NaC1 %3/5 . در شرایط گالوانواستات با استفاده از دستگاه پتانسیواستات/گالوانواستات BEHPAJOOH انجام گرفت. به منظور انجام این آزمون، نمونه ها پس از پایدار سازی پتانسیل به مدت زمان 20 دقیقه. در محلول یاد شده با دمای محیط، از پتانسیل مدار باز OCP. در جهت کاتدی – آندی با نرخ رویش 0/5 میلی ولت بر ثانیه در محدوده ی ولتاژ 250 ± میلی ولت. پلاریزه شدند. برای تمامی آزمون های خوردگی از یک سل سه الکترودی شامل ورق پلاتین به عنوان الکترود کمکی. با مساحت یک سانتی متر مربع، الکترود KCI اشباع 4/7 نرمال SCE بعنوان الکترود مرجع. و نمونه با مساحت سطحی یک سانتیمتر مربع بعنوان الکترود کاری استفاده شد. حجم الکترولیت نیز برابر 250 میلی لیتر انتخاب شد. سپس چگالی جریان خوردگی از رابطه اشترن – گری محاسبه گردید.

بحث نتایج

مطالعه ساختاری پوشش فسفاته

پوشش اعمالی بر سطح فولاد ساده گربنی مشخص است. لایه فسفاته شامل بلورهای درشت هوپیت و زمینه متشکل از بلورهای ریزدانه فسفوفیلیت است. که ساختار معمول پوشش فسفاته Zn می باشد.

مطالعه تغییرات درصد کاهش وزن پوشش برای نمونه فسفاته شده در دماهای گوناگون عملیات حرارتی

درصد کاهش وزن پوشش فسفاته Zn را پس از عملیات حرارتی تا دمای 300 درجه سانتی گراد نشان میدهد. در واقع، تبخیر آب ساختاری فازهای موجود در لایه فسفاته. به هنگام عملیات حرارتی آن، سبب کاهش در وزن پوشش میشود.

تعیین دمای بهینه عملیات حرارتی پوشش فسفاته با توجه به ارزیابی به خوردگی

منحنی های پلاریزاسیون نمونه های فسفاته کاری شده که در دماهای گوناگون. مورد عملیات حرارتی قرار گرفته اند، به همراه نمونه ای که عملیات حرارتی نشده، جهت مقایسه نشان داده شده است. با توجه به این منحنی ها مقادیر مقاومت پلاریزاسیون، دانسیته جریان خوردگی، پتانسیل خوردگی و نرخ خوردگی محاسبه شد.

بررسی تأثیر عملیات

تأثیر دمای گوناگون عملیات حرارتی بر چگالی جریان خوردگی و معکوس مقاومت به خوردگی. نمونه فسفاته کاری شده را نشان میدهد. همان گونه که از نتایج مشاهده میشود عملیات حرارتی پوشش فسفاته تا دمای 120 درجه سانتیگراد. مفید بوده و منجر به بهبود خواص حفاظتی نمونه نظیر افزایش مقاومت پلاریزاسیون و کاهش چگالی جریان خوردگی میشود. که به دلیل کاهش آب ساختاری فاز هوپیت موجود در پوشش است،.

ولی با افزایش دما به 180 درجه سانتیگراد و دمای بالاتر، به احتمال زیاد، به دلیل انجام استحاله فازی ارتورمبیک. به مونوکلینیک، مقاومت به خوردگی کاهش می یابد زیرا. مقاومت به خوردگی فاز مونوکلینیک نسبت به اورتورمبیک پایین است. از سوی دیگر، تجریه حرارتی ترکیب فسفاته در دماهای بالاتر، با تغییر پارامترهای شبکه فازهای موجود. در پوشش، سبب کاهش حجم و در نتیجه، القای تنش می شود. بنابراین، ترک ها در نتیجه القای چنین تنش هایی، سرتاسر ضخامت پوشش و عمود بر. فصل مشترک پوشش/زیر لایه گسترش می یابند و منجر به کاهش مقاومت به خوردگی می شوند.

بنابراین، در کل میتوان چنین نتیجه گیری کرد که میکرو حفرات تشکیل شده. در اثر آب زدایی پوشش فسفاته در دماهای پایین عملیات حرارتی،. نه تنها تأثیر چندانی بر کاهش مقاومت به خوردگی نداشته بلکه. در این حالت به دلیل آب زدایی پوشش، مقاومت به خوردگی افزایش یافت،. ولی در دماهای بالاتر عملیات حرارتی، به دلیل تغییر. پارامترهای شبکه بلورهای فسفاته، این میکرو حفرات به ترک های ماکرو تبدیل شده، منجر به کاهش مقاومت به خوردگی شدند.

بنابراین، با توجه به نتایج آزمون، دمای بهینه عملیات حرارتی برای پوشش فسفاته Zn اعمالی بر سطح فولاد ساده کربنی،. دمای 120 درجه سانتیگراد انتخاب شد. گفتنی است که انجام عملیات حرارتی نمونه فسفاته شده تا دمای بالاتر از 350 درجه سانتیگراد. و بررسی تغییرات ایجاد شده در مقاومت به خوردگی به وسیله آزمون پلاریزاسیون، صرفا. جهت اطمینان از نتایج بدست آمده مبنی بر کاهش قدرت حفاظت پوشش فسفاته. به هنگام عملیات حرارتی در دماهای بالاتر از 120 درجه سانتی گراد، انجام گرفت.

نتیجه گیری

در این مقاله به مطالعه تأثیر دماهای گوناگون عملیات حرارتی پوشش فسفاته Zn اعمالی. روی سطح فولاد ساده کربنی، بر درصد کاهش وزن و خواص حافظتی آن پرداخته شد. تصاویر SEM از پوشش اعمالی، بلورهای درشت هوپیت را به همراه زمینه غنی از فاز فسفوفلیت نشان داد که. ساختار معمول این پوشش است. هم چنین، نتایج نشان داد که ساختار معمول این پوشش است. هم چنین، نتایج نشان دادند، از دست رفتن آب ساختاری فازهای هوپیت و فسفوفیلیت. موجود در پوشش در حین عملیات حرارتی منجر به کاهش وزن ان شد.

با افزایش دما نیز وزن پوشش کاهش بیشتری پیدا کرد. از سوی دیگر، ارزیابی خواص حفاظتی پوشش ها به وسیله آزمون پلاریزاسیون. پس از انجام عملیات حرارتی در دماهای گوناگون، نشان داد که. حرارت دهی لایه فسفاته تا دمای 120 درجه سانتیگراد مفید بوده و سبب افزایش مقاومت به خوردگی آن میشود. که دلیل آن تبخیر آب ساختاری موجود در فاز هوپیت است،. اما با افزایش دما به 180 درجه سانتیگراد و دماهای بالاتر، مقاومت به خوردگی کاهش یافت. که به احتمال زیاد به دلیل انجام استحاله فازی ارتورومبیک به مونوکلینیک و نیز ترک دار شدن پوشش است.

لیلا فتح یونس-مازیار آزادبه

فولاد رسول دلاکان

با سالها تجربه ی گرانبها در زمینه ی تأمین و توزیع و عرضه انواع ورق آلیاژی – انواع فولاد آلیاژی. با اشکال مختلف تولیدی.از جمله ورق- میلگرد – تسمه – پروفیل – میلگرد با استاندارد و گواهینامه های روز دنیا در سراسر ایران فعالیت مینماید.
صنعتگر گرامی از اینکه ما را جهت خرید فولاد آلیاژی مورد نیاز خویش انتخاب می نمایید سپاسگزاریم.
ارتباط با ما: 09122136675 – 02128423820
fooladrasuldalakan@gmail.com

برخی از محصولات ما شامل: ورق آلومینیوم – صفحه آلومینیوم – تسمه – میلگرد – شمش آلومینیوم. – تیتانیوم – ورق آجدار – ورق ضخامت بالا – ورق استحکام بالا- سردکار – گرمکار – فولاد آلیاژی.- فولاد آبراز – سوپر آلیاژ – اَبَر آلیاژ – نیکل – اینکونل – هسته لوی – هاست – مونل – ورق دریایی – ورق مخازن بخار – ضد سایش – ضد اسید – نبشی – ناودانی – پروفیل- mo40 – spk – ck45 – gla – m200 . – cmsk – x52 – لوله آلیاژی و…