مقایسه خوردگی فولاد بی ریخت حجیم با فولاد متداول

مقایسه خوردگی فولاد بی ریخت حجیم با فولاد متداول – ایران ترجمه – Irantarjomeh

مقالات ترجمه شده آماده گروه متالورژی

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات رایگان

مطالعه 20 الی 100% رایگان مقالات ترجمه شده

1- قابلیت مطالعه رایگان 20 الی 100 درصدی مقالات 2- قابلیت سفارش فایل های این ترجمه با قیمتی مناسب مشتمل بر 3 فایل: pdf انگیسی و فارسی مقاله همراه با msword فارسی -- تذکر: برای استفاده گسترده تر کاربران گرامی از مقالات آماده ترجمه شده، قیمت خرید این مقالات بسیار کمتر از قیمت سفارش ترجمه می باشد.  

چگونگی سفارش

الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه (شماره حساب) ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.com شامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر -- مقالات آماده سفارش داده شده عرفا در زمان اندک یا حداکثر ظرف مدت چند ساعت به ایمیل شما ارسال خواهند شد. در صورت نیاز فوری از طریق اس ام اس اطلاع دهید.

مقایسه خوردگی فولاد بی ریخت حجیم با فولاد متداول

مقایسه خوردگی فولاد بی ریخت حجیم با فولاد متداول

مقایسه خوردگی فولاد بی ریخت حجیم با فولاد متداول

چکیده

رفتار خوردگی یک آلیاژ فولادی بی ریخت (آمورف) حجیم (BAS) مهم
_C15.8B_5.9)_98.5Y_1.5 (Fe_44.3Cr₅Co₅Mo₁₂ ، با همتای کریستالی آن و با فولاد متداول X210Cr12 مقایسه می شود. در محلول اسیدی، به علت ماهیت تک فازی آن، BAS از همتای کریستالی چند فازی و فولاد متداول پایداری بسیار بیشتری نشان می دهد. با افزایش مقدار pH، ترکیب عنصری کلی نقش مهمتری ایفا می کند و به نظر می رسد که عناصر واکنش پذیر Mo، Mn و Co مسئول پایداری مشاهده شده کمتر برای BAS و همتای کریستالی آن در مقایسه با فولاد متداول باشند.

کلمات کلیدی: شیشه A، فولاد A، ساختارهای بی ریخت C، اثر ناپذیری C، خوردگی حفره ای

1- مقدمه

آلیاژهای شیشه ای گروه بسیار جالبی از مواد فلزی هستند زیرا آنها می توانند خواص استثنایی با ترکیباتی از خواصی که اغلب، از مواد کریستالی متداول قابل حصول نیستند، داشته باشند. از میان آلیاژها، معلوم شده که شیشه های با پایه Fe، بسته به ترکیبشان، استحکام بالا، سختی بالا، خواص مغناطیسی نرم عالی، مقاومت بالا در برابر خوردگی یا ترکیبی از اینها را دارا می باشند [1].

توسعه اخیر در طراحی آلیاژی و افزودن مقادیر کم Y یا لانتایندها منجر به توانایی تشکیل شیشه (GFA) بسیار اصلاح شده می شود که ریخته گری نمونه های حجیم واقعی با ضخامت چندین میلی متر یا حتی چندین سانتی متر و امکان تولید بعضی از آنها تحت شرایط صنعتی مثلا از مواد خام با خلوص تجاری و در هوا را میسر می سازد [2] همچنین، عنصر اصلی Fe نسبتا ارزان قیمت است و به آسانی در دسترس می باشد. به طور طبیعی، با در نظر گرفتن این واقعیت ها، با وجود آنکه پايين بودن خاصيت پلاستیکی بودن پایین شیشه های حجیم با پایه Fe هنوز یک مشکل است، انتظارات استفاده از آنها افزایش یافته است [3]. علاوه براین، پایداری زیست محیطی عامل مهم دیگری است که در نظر گرفته می شود. در این تحقیق، ما بر روی یکی از مهمترین آلیاژها در این گروه (Fe_44.3Cr₅Co₅Mo_12.8Mn_11.2C_15.8B_5.9)_98.5Y_1.5 تمرکز می کنیم. این آلیاژ قطر بحرانی نسبتا بزرگ برای تشکیل شیشه(mm12)، استحکام بسیار بالا (GPa 3 ) و سختی بالا (1224HV) دارد. [4].

در روزهای آغازین فلزات بی ریخت (آمورف)، تعداد زیادی از مطالعات تحقیقی به توسعه آلیاژهای آمورف با پایه Fe با افزایش خواص مقاومت در برابر خوردگی اختصاص یافته بود [5].

این نکته به طور خاص مشاهده شد که چند تا از این آلیاژها می توانند به مقاومت خوردگی عالی تر از فولادهای ضد زنگ برسند. در نتیجه، برای بعضی از این آلیاژها، مثلا آلیاژهای شبه فلز- Fe-Cr-Mo آمورف با ترکیبات معین که حتی در اسید هیدروکلریک غلیظ داغ به طور خودبخود غیر فعال (بی اثر) می شوند [5] یا آلیاژهای Fe-Ni-Cr-Mo-B که در محلول های اسیدی تا 250 درجه سانتی گراد رفتار غیر فعال عالی از خود نشان می دهند [6]، مقاومت استثنایی نشان داده شده است. اما این اولین نسل آلیاژهای با پایه Fe توانایی تشکیل شیشه پایینی دارد و بنابراین فقط می تواند به صورت محصولات نازک یا کوچک مثلا نوارها (ریبونها)، پولک ها، پودرها یا فیلم ها به دست آید. برای غلبه بر محدودیت اندازه در این نسل اول، نسل دوم آلیاژها که تشکیل دهنده شیشه حجیم بود، اخیرا توسعه یافته است. با این وجود، آنها غالبا برای خواص دیگری مثلا برای ترکیب کردن GFA بالا و عملکرد مکانیکی عالی به جای مقاومت در برابر خوردگی طراحی شده اند. بنابراین، این آلیاژها، در مقایسه با آلیاژهای اولیه ترکیبات اساسا متفاوتی دارند مثلا آنها محتوی Mn هستند و معمولا غلظت های پایین تری از Cr و P دارند [7]. گر چه این تغییرات ترکیب یک اثر بحرانی کامل دارد، رفتار خوردگی آنها تاکنون به ندرت مورد مطالعه قرار گرفته است [8 و 9]. در واقع، آلیاژهای آمورف به عنوان آلیاژهای یکنواخت فیزیکی و شیمیایی، مستقل از فازهای ثانویه یا ناخالصی هایی که وقوع خوردگی گالوانی یا مستقر را کم می کنند یا از این خوردگی جلوگیری می کنند، محسوب می شوند [10]. با این وجود، در عمل، از حضور نقص ها در نمونه های ریختگی  حداقل در تولید تجاری نمی تواند به طور کامل جلوگیری شود. تعجب آور نیست که چندین تحقیق نشان می دهد که بعضی از BMG ها قابلیت حفره سازی بالایی را دارند و این حفره ها در  حدواسط بین چنین نقص هایی و زمینه پیرامون آغاز می شوند [1]. علاوه براین، آلیاژهای آمورف می توانند به عنوان محلول های جامد تک فازی در نظر گرفته شوند که غالبا از محدودیت های انحلال پذیری عناصر آلیاژی در تعادل تجاوز می کنند و به طور واضح، این خصوصیت اختلافاتی را در رفتار آنها ایجاد می کند. همچنین، غلظت بالاتر شبه فلزات در آنها در مقایسه با آلیاژهای کریستالی متداول می تواند رفتار خوردگی آنها را بسته به ماهیت شبه فلزات و عناصر آلیاژی سازنده آنها، به طور قابل توجهی تغییر دهد [12]. بنابراین، برای تشخیص عملکرد خوردگی یک آلیاژ شیشه ای به طور واضح، مقایسه مستقیم با حالات کریستالی مربوطه ضروری است.

هدف از این مقاله، مقایسه رفتار خوردگی آلیاژ شیشه ای حجیم _C15.8B_5.9)_98.5Y_1.5 (Fe_44.3Cr₅Co₅Mo₁₂ با همتای کریستالی آن و با فولاد X210Cr12 می باشد در مقایسه با آلیاژ شیشه ای تک فازی با تمام عناصر در محلول جامد، همتای کریستالی، ترکیب عنصری مشابه اما ساختار و ترکیب فاز متفاوتی دارد. فولاد هم ساختار و هم ترکیب متفاوت به ویژه با محتوای بسیار بالاتر Cr و بسیار پایین Mn دارد. آلیاژهای آمورف از آلیاژهای کریستالی کلاسیک محتوای شبه فلزی بالاتری دارد. درجه فولاد انتخاب شده برای مقایسه از میان بقیه در گروه خود، محتوای بالاتری از C دارد. این نکته نشان داده خواهد شد که C و ترکیبات C، کاربیدها، به طور خاص یک نقش ویژه را ایفا می کنند. جنبه های بررسی شده در این مقاله: خوردگی آزاد، بی اثر سازی (غیرفعال سازی) و قابلیت حفره سازی ناشی از کلرید می باشند.

2- بخش تجربی

شمش هایی با ترکیبات ظاهری (Fe_44.3Cr₅Co₅Mo_12.8Mn_11.2C_15.8B_5.9)_98.5Y_1.5 (.at%)با ذوب القایی تحت اتمسفر آرگون خالص تهیه شدند. یک میله با d=10mm برای اندازه گیری ها در این حالت به کار برده شد (در سرتاسر این متن «همتای کریستالی» نامیده می شود). از شمش دیگری، میله هایی با قطر mm3 و طول mm50 به وسیله ریخته گری تزریقی به داخل یک قالب مسی خنک شده با آب در اتمسفر آرگون تولید شد. از فولاد متداول X210Cr12 ( از این به بعد «فولاد متداول» نامیده می شود) به حالت تازه خریداری شده بدون فرآوری بعدی استفاده گردید. ترکیب شیمیایی ظاهری آن چنین است:

3- نتایج و بحث

3-1 خصوصیات ریزساختار

ریزساختار نمونه ها به وسیله XRD و SEM بررسی شد. شکل a1 الگوی XRD نمونه شیشه ای حجیم (Fe_44.3Cr₅Co₅Mo_12.8Mn_11.2C_15.8B_5.9)_98.5Y_1.5 را نشان می دهد. در این الگو، فقط پیکهای پهن می توانند مشاهده شوند که این امر نشان می دهد که نمونه یک ساختار عمدتا آمورف دارد. با این وجود، این نمونه، همان گونه که به وسیله TEM با تفکیک بالا آشکار می شود [13]، محتوی جزء کوچکی از ذرات چند وجهی Y₂O₃ با اندازه های کوچکتر از nm 200 می باشد. این ذرات به علت وجود داشتن در جزء کوچک نمی توانند به وسیله XRD شناسایی شوند. بررسی های SEM با تفکیک بالا (HRSEM) نشان داد که آنها معمولا در گروه هایی چندتایی وجود دارند و فاصله بین چنین گروه هایی به متوسط از مرتبه دهها میکرون می باشد. شکل a2 تصویر HRSEM چنین گروهی را نشان می دهد.

3-2 آزمایش های غوطه ورسازی

برای تعیین سرعت خوردگی آزاد آلیاژ شیشه ای حجیم نسبت به فولاد متداول، آزمایش های غوطه ورسازی تحت چهار وضعیت مختلف انجام شدند: بسیار اسیدی (0.5 M H₂SO₄)، بسیار بازی (1M NaOH)، محلول کلرید فعال خنثی (0.6 M NaCl) و محلول خنثای کمتر فعال Na₂SO₄) (0.1 M آزمایش های غوطه ورسازی برای آلیاژ همتای کریستالی انجام نشد زیرا به کار بردن این نمونه، به علت شکنندگی بسیار زیاد آن که منجر به کاهش بدون کنترل ماده می شود، دشوار است. شکل 3 منحنی های کاهش وزن آلیاژ شیشه ای حجیم و فولاد متداول را در محلول های فوق نشان می دهد. این کاهش وزن با توجه به شروع ناحیه سطحی نمونه ها محاسبه شد. به طور کلی، آلیاژ شیشه ای حجیم در تمام الکترولیت ها، سرعت های خوردگی بسیار پایین تری نشان داد. نکته قابل توجه اینکه، رفتار این دو آلیاژ در  0.5 M H₂SO₄ خیلی متفاوت است؛ در حالیکه آلیاژ شیشه ای پس از 100 روز mg cm^-2 6  را از دست می دهد، نمونه فولاد متداول پس از دقیقا 83/0 روز 200 mg cm^-2  را از دست می دهد. آلیاژ شیشه ای در M NaCl 0.6،  Na₂SO₄ 0.1M و    1 M NaOH پس از 100روز کاهش وزن غیر قابل توجهی داشت که مقاومت بسیار بالا در این محلول ها را نشان می دهد. به صورت مقایسه ای، فولاد متداول در محلول های M NaCl 0.6 و Na₂SO₄ 0.1M کاهش وزن های قابل توجهی را نشان داد اما در محلول 1 M NaOH کاهش وزن غیر قابل توجهی را ارائه داد.

3-3 رفتار قطبیدگی آندی

برای بررسی بیشتر رفتار خوردگی آزاد و نیز رفتار غیر فعال شدگی (اثر ناپذیری) آندی، مجموعه ای از آزمایش های قطبیدگی پتانسیودینامیک انجام شد. منحنی های پتانسیودینامیک نوعی از نمونه های آلیاژ شیشه ای حجیم (Fe_44.3Cr₅Co₅Mo_12.8Mn_11.2C_15.8B_5.9)_98.5Y_1.5، همتای کریستالی و فولاد X210Cr12 در شکل 5 نشان داده شده اند. در توافق با نتایج آزمایش های غوطه ورسازی، این نکته آشکار است که آلیاژ شیشه ای در این الکترولیت اسیدی (0.5 M H₂SO₄) از نمونه فولاد متداول، چگالی جریان خوردگی خیلی پایین تری دارد. از قرار معلوم، همانند مورد آزمایش های غوطه ورسازی، در مورد آزمایش های قطبیدگی خطی، جفت شدگی گالوانی بین ذرات  (Fe,Cr)₇C₃ و زمینه αFe(Cr) مجددا مسئول فعالیت خوردگی بالا می باشد. همان گونه که در بخش قبلی ذکر شد، انتظار می رود که همتای کریستالی، مانند فولاد متداول، به علت ماهیت چند فازی آن، متحمل جفت شدگی گالوانی بین فاز اصلی (M₂₃(B,C)₆) و فازهای بین دندریتی گردد.

3-4 خوردگی حفره ای

برای مقایسه توانایی حفره سازی آلیاژ شیشه ای حجیم (Fe_44.3Cr₅Co₅Mo_12.8Mn_11.2C_15.8B_5.9)_98.5Y_1.5  با همتای کریستالی آن و فولاد X210Cr12، اندازه گیری های قطبیدگی پتانسیودینامیک آندی در محلول های آبی با غلظت های NaCl متفاوت انجام شدند.  بعضی از منحنی های نوعی در شکل 7 نشان داده شده اند. چگالی جریان های آندی پایین نشان می دهد که در ابتدا یک لایه غیر فعال پایدار بر روی سطح آلیاژ شیشه ای در تمام سه غلظت کلرید تشکیل می شود. با این وجود، پتانسیلی که در آن، فیلم غیر فعال ناپایدار می شود، که به وسیله افزایش چگالی جریان از سطح صاف غیر فعال مشخص می شود، برای غلظت های بالاتر کلرید نجابت (بی اثر شدگی) کمتری دارد. آلیاژ همتای کریستالی، در مقایسه با آلیاژ شیشه ای (در الکترولیتهای مشابه) پتانسیل های خوردگی با نجابت (بی اثر شدگی) کمتر و چگالی جریان خوردگی بالاتری را نشان می دهد که رفتار خوردگی آزاد ضعیف تری را آشکار می سازد.

4- خلاصه و نتیجه گیری

آلیاژ آمورف حجیم (Fe_44.3Cr₅Co₅Mo_12.8Mn_11.2C_15.8B_5.9)_98.5Y_1.5 از یک فاز منفرد با چند ذره نانومتری پراکنده شده از اکسید ایتریم تشکیل شده است. برعکس، همتای کریستالی آن و فولاد متداول X210Cr12  ریز ساختارهای چند فازی دارند. عمدتا دندریت های M₂₃(B,C)₆ کاربید بین دندریتی به عنوان فاز ثانویه و احتمالا FeY₂C₄ به عنوان فاز سوم؛ همتای کریستالی را تشکیل می دهند. در فولاد متداول، ذرات (Fe,Cr)₇C₃ به وسیله فاز زمینه محلول جامد (6 at.% Cr)αFe احاطه می شوند.

در محلول های اسیدی، فولاد آمورف حجیم تک فازی، پایداری خوردگی آزاد بالایی را نشان می دهد. همتای کریستالی و فولاد متداول، در نتیجه جفت شدگی گالوانی بین دندریت های M₂₃(B,C)₆ و فاز بین دندریتی – کاربید که منجر به انحلال ترجیحی – کاربید در مورد آلیاژ کریستالی می شود و جفت شدگی گالوانی بین ذرات (Fe,Cr)₇C₃ و زمینه αFe (Cr) که منجر به انحلال ترجیحی زمینه αFe (Cr) در مورد فولاد متداول  می شود، سرعت های خوردگی بسیار بالاتری نشان می دهند. با این وجود، فولاد آمورف توده ای تک فازی، با مقادیر Cr و Fe غیر فعال ساز پایین تر از فولاد متداول، تمایل غیر فعال شدگي پایین تر اما در مقایسه با همتای کریستالی چند فازی آن، تمایل بالاتری نشان می دهند. با افزایش مقدار pH، توانایی غیر فعال شدگي هر سه آلیاژ اصلاح می شود و اثر جفت شدگی گالوانی فوق الذکر ضعیف تر می گردد. در محلول های بسیار بازی، اثر جفت شدگی گالوانی حداقل است و در عوض ترکیب عنصری برخوردگی آزاد و رفتار آندی حاکم است. چنین تصور می شود که عمدتا Mo ، Mn و Co مسئول پایداری فولاد آمورف حجیم در این محلول های بسیار بازی باشند.

آلیاژ شیشه ای تک فازی، در الکترولیت های محتوی کلرید، بالاترین مقاومت حفره سازی و پایداری عمومی را در مقایسه با همتای کریستالی خود و فولاد متداول نشان می دهد. گرچه ذرات اکسید ایتریم محل مناسبی را برای تشکیل حفره فراهم می کنند و در واقع انحلال محلی در حد واسط آنها با زمینه شیشه ای آغاز می شود، گسترش حفره سازی روی نمی دهد. آلیاژ شیشه ای توانایی غیر فعال شدگي مجدد بالایی را نشان می دهد که عمدتا به محتوای بالای Mo مفید در ترکیب آن نسبت داده می شود.

از یک طرف، ماهیت شیشه ای تک فازی فولاد آمورف حیجم اخیرا توسعه یافته در تمام محیط های مطالعه شده مفید است. از طرف دیگر، ترکیب جدید آن نقش پیچیده ای را ایفا می کند، یعنی بسته به مقدار pH محیط، رفتار خوردگی عالی تر یا نامناسب تری را نسبت به فولاد متداول X210Cr12 ایجاد می کند.

مقایسه خوردگی فولاد بی ریخت حجیم با فولاد متداول